Ciencias Naturales I- Libro del Docente
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Fuera de SERIE LIBRO PARA EL DOCENTE Ciencias naturales I Diversidad, interacciones y cambios
Transcript of Ciencias Naturales I- Libro del Docente
Fuera de
SERIE
LIBRO PARA EL DOCENTE
Ciencias naturales IDiversidad, interacciones y cambios
Dirección EditorialFlorencia N. Acher Lanzillotta
Coordinación EditorialAndrés Albornoz
EdiciónAndrés Albornoz
AutoríaLaura Melchiorre
CorrecciónAlan Orlando Blinkhorn
Libro para el docente ciencias naturales 1 / Liliana Lacolla; Verónica Corbacho; María Laura Melchiorre; dirigido por Florencia N. Acher Lanzi-llotta; edición a cargo de Andrés Albornoz. - 1ª ed. - Ciudad Autónoma de Buenos Aires: Edelvives, 2015. 64 p.; 27 x 21 cm.
ISBN 978-987-642-344-1
1. Planificación Escolar. 2. Guía Docente. I. Corbacho, Verónica II. Mel-chiorre, María Laura III. Acher Lanzillotta, Florencia N., dir. IV. Albornoz, Andrés , ed. V. Título CDD 371.1
Dirección de arteNatalia Fernández
Asistencia de arteCecilia Aranda y Luciano Andújar
Diseño de tapa Cecilia Aranda
Diseño de maquetaNatalia Fernández, Cecilia Aranda y Luciano Andújar
DiagramaciónCecilia Aranda
Documentación fotográficaMariana Jubany
Preimpresión y producción gráficaFlorencia Schäfer
© 2014, Edelvives. Av. Callao 224, 2º pisoCiudad Autónoma de Buenos Aires (C1022AAP), Argentina.
Este libro se terminó de imprimir en el mes de noviembre de 2014.
Reservados todos los derechos de la edición por la Fundación Edelvives. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de los ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público. Queda hecho el depósito que dispone la ley 11.723.
Reflexiones acerca de la enseñanza de las Ciencias Naturales
Quienes escribimos este libro tenemos la misma pasión y vocación que uste-des: ser docentes, transitar ese camino de continuo aprendizaje que es el aula. Por eso, al momento de decidir qué incluir en un libro pensado para docentes, nos propusimos compartir nuestra experiencia en la implementación a la reali-dad del aula de los conocimientos adquiridos en la formación, tanto disciplinar como específica, en Didáctica de las Ciencias Naturales.
Sabemos que enseñar ciencias implica el desafío de seleccionar qué y cómo en relación con los niños y adolescentes que pueblan nuestras aulas. Sabemos de las presiones de los tiempos escolares, la currícula y sus cambios, las instituciones y la comunidad educativa en su conjunto. Entonces, más que hacer un recorri-do por los marcos teóricos actualmente aceptados por la comunidad de investi-gadores en Didáctica de las Ciencias, nos proponemos reflexionar sobre ciertos aspectos que consideramos relevantes para que nuestro proceso de enseñanza promueva instancias de construcción de aprendizajes en nuestros estudiantes.
Las concepciones de los profesores sobre la ciencia y su enseñanza influyen en el diseño y selección de actividades didácticas y en los diferentes aspectos inheren-tes a su labor. Por eso, consideramos imprescindible revisar nuestra postura episté-mica y seguir preguntándonos qué es la ciencia, cuál es la finalidad de su enseñanza en la escuela y qué imagen de ciencia queremos transmitir a los estudiantes.
Si consideramos que la ciencia es una construcción humana emergente del contexto socio-histórico-cultural en el que se desarrolla, sustancialmente ar-gumentativa y provisional, nuestras intervenciones didácticas generarán es-cenarios que promuevan esta imagen, por ejemplo, utilizando episodios de la historia de las ciencias que muestren el trabajo en equipo, las contradicciones y los cambios en las formas de explicar el mundo. Si consideramos que el objetivo de enseñar ciencias en la escuela es formar individuos científicamente alfabe-tizados, capaces de utilizar el entendimiento de los conceptos y procedimientos de la ciencia en la toma de decisiones de índole personal, en su participación cívico-cultural y en su desarrollo económico, entonces nuestras prácticas áuli-cas potenciarán el análisis y debate de situaciones del contexto real por sobre el aprendizaje memorístico de términos y conceptos.
Si no existe la necesidad cognoscitiva, difícilmente habrá aprendizaje. Los cono-cimientos construidos en las neurociencias, las ciencias del aprendizaje y las didác-ticas específicas muestran cada vez con mayor fuerza que el aprendizaje es un pro-ceso de construcción que requiere la participación activa de quien aprende. Para que esta activación se produzca es necesario inquietar, desafiar, conflictuar cogni-tivamente a nuestros estudiantes de manera que sientan la necesidad de realizar las acciones que les permitirán resolver el desequilibrio y, así, aprender. El trabajo con situaciones problemáticas contextualizadas en la realidad inmediata de los es-tudiantes, como las que se plantean en los libros de esta serie, son una herramienta potente para generar este tipo de escenarios de aprendizaje significativo.
CIENCIAS NATURALES
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CIENCIAS NATURALES
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Unidad 7. La Tierra y el Sistema Solar•
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Bloque 3. La Tierra y el Universo Unidad 8. La Tierra y sus recursos
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Bloque 4. Los seres vivos Unidad 9. Unidad y diversidad de la vida
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Bloque 4. Los seres vivos Unidad 10. Los seres vivos autótrofos
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Bloque 4. Los seres vivos Unidad 11. Los seres vivos heterótrofos
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• Los materiales poseen propiedades característi-cas que pueden estudiarse de forma cualitativa y cuantitativa.
• Las propiedades intensivas son propias de cada ma-terial y permiten identificarlo. Las extensivas tienen que ver con la cantidad de materia considerada.
• El valor de una magnitud se expresa mediante unidades de medida convenidas.
• La materia es discontinua, formada por partí-culas con diferente distribución y energía en los diferentes estados. Los estados dependen de las condiciones en que se encuentra la materia.
• Todas las sustancias del Universo están forma-das por diferentes combinaciones de átomos per-tenecientes a los mismos elementos existentes.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 1. Los materiales y sus propiedades
Introducción
En esta unidad se propone comenzar a construir concepciones acerca de la materia y sus cambios adecuadas para la ciencia escolar. También se deja entrever que los científicos siguen ciertas metodologías en sus investigaciones, y que estas metodolo-gías son variadas y no siempre experimentales. A partir de aspectos macroscópicos de los materiales, se caracterizan dos tipos de propiedades: intensivas y extensivas. De esta manera, se trabajan nociones vinculadas con algunas operaciones habituales en el ámbito científico, como medir, clasificar, describir, etc. Además, y considerando que en el estudio de la materia se puede identificar diferentes niveles de descrip-ción, se propone la construcción del modelo corpuscular de la materia. Así podrán reflexionar sobre el modo en que las propiedades macroscópicas se relacionan con la organización de las partículas en cada estado y entender, por ejemplo, por qué los sólidos tienen forma propia. También podrán comprender que, al calentar una sustancia, se altera la energía de las partículas que la forman, pero no su naturaleza.
Un aspecto muy relevante radica en el planteo de actividades que permitan tomar conciencia de que el estado de las sustancias depende de las condiciones en las que se encuentran. Frases cotidianas como “el agua es un líquido” o “el hierro es un metal sólido”, obstaculizan la comprensión de los cambios de esta-do. Por eso, es válido preguntar a los estudiantes, por ejemplo, cuál sería la frase equivalente acerca del agua para un niño esquimal.
El lenguaje posee primordial importancia en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. Se sugiere trabajar el hecho de que muchas palabras tienen signifi-cados diferentes en el lenguaje cotidiano y en las ciencias naturales. Por ejem-plo, es habitual asociar la palabra derretir con la fusión. El trabajo áulico consis-tirá en que aprendan a diferenciar el ámbito en el cual utilizan cada término.
Finalmente, merece una mención aparte el concepto de densidad. A la comple-jidad de comprender la relación entre dos variables (masa y volumen) se suma la concepción de sentido común que asemeja el peso con la densidad. La idea más extendida entre los estudiantes es que un cuerpo flota sobre otro “porque es más liviano”. Para su abordaje se sugiere plantear experiencias con cuerpos de igual peso (o masa) pero diferentes densidades y flotabilidad.
CIENCIAS NATURALES
9
Solucionario
Página 15
¿Qué métodos existen para identificar un material?
En un laboratorio se realizan determinaciones fí-sicas y también químicas del material que se está investigando para lograr su identificación; por ejem-plo, se establece su densidad, su punto de fusión y su punto de ebullición.
¿Cuáles son los elementos más comunes en el uni-verso? ¿Y en la Tierra?
El hidrógeno es el elemento más abundante del Uni-verso, junto con el helio y el oxígeno en tercer lugar. En la Tierra, el elemento más abundante es el hierro, seguido por el oxígeno y por el silicio.
Página 16¿Para qué se puede usar un material?
Los materiales pueden tener usos muy diversos, y el uso que se le da depende de las propiedades que presenta.
La historia de la lamparita incandescente¿Qué condiciones debía reunir el material que los científicos buscaban para fabricar el filamento de la lámpara incandescente?
El material que buscaban tenía que ser buen con-ductor de la corriente eléctrica, tener una tempera-tura de fusión alta y no oxidarse con facilidad. Ade-más, los científicos buscaban que fuera barato.
Página 17¿Cómo está compuesta la materia? ¿Cuál es su estructura interna?
La materia está compuesta por átomos de elemen-tos o sus combinaciones, que forman moléculas. También hay sustancias constituidas por iones, que son partículas con carga eléctrica.
Si se mide con exactitud una propiedad intensiva, ¿se podrá saber qué material es?
Para determinar de qué material está compuesto un objeto es necesario determinar los valores de un conjunto de propiedades intensivas.
Página 18¿Cómo se puede conocer el volumen de un objeto sólido?
Es posible calcular el volumen de los cuerpos regu-lares por medición de sus lados y aplicación de la correspondiente fórmula matemática. Si es un cuer-po irregular (como una piedra), su volumen se pue-de determinar midiendo el volumen de líquido que desplaza cuando se lo sumerge en una probeta.
¿Se podrán usar los mismos patrones de medición en distintos planetas? ¿Pesa lo mismo un objeto en la Tierra que en la Luna?
Los patrones de medición se pueden usar en distin-tos planetas, es decir, un metro patrón puede servir de referencia también en la Luna, por ejemplo. Por otro lado, cuando subimos a una balanza y decimos que “nos estamos pesando”, en realidad estamos midiendo nuestra cantidad de masa, que se expre-sa en kilogramos. El verdadero peso deberíamos determinarlo en un dinamómetro y expresarlo en otra unidad de medida: Newton. Un objeto posee un peso diferente en la Tierra y en la Luna (aunque su masa sea la misma) ya que el peso es la relación en-tre la masa de un objeto y la fuerza de gravedad que actúa sobre él. Dado que en el lenguaje cotidiano se confunden peso y masa, este hecho debe tenerse en cuenta a la hora de enseñar estos conceptos, para evitar que se establezcan ideas erróneas.
Página 19¿Qué propiedades se podrá estudiar para identifi-car un material “misterioso”?
Las propiedades que permiten identificarlo son las intensivas, como la densidad, el punto de fusión y el punto de ebullición.
¿Se podrán cambiar las propiedades intensivas de una sustancia en condiciones determinadas?
Los valores de las propiedades intensivas de las sustancias son constantes, es decir, sus valores no cambian, siempre que no cambien las condiciones en las que se las define. Por ejemplo, la temperatura de ebullición del agua cambia en lo alto de las mon-tañas, donde la presión atmosférica es menor. Allí el
10
Página 22¿Existirán los mismos tipos de átomos en todos los planetas?
Sí.
Página 23Ríos de metano en Titán
1. En el artículo se mencionan diferentes magnitu-des, tales como volumen, temperatura y presión. También se habla de los estados de agregación del agua y del metano en relación con sus tem-peraturas de ebullición y fusión, que son propie-dades intensivas.
2. Al ser la temperatura media en Titán -179 °C, muchas sustancias, como el agua y el metano, se encontrarán en estados no habituales a los que presentan en la Tierra. Las muestras deberán es-tar contenidas en recipientes acordes al cambio de estado que sufrirán al llegar a nuestro planeta.
En Titán… ¿podrá usarse el metano para cocinar?
El metano podría usarse para cocinar si la cocina estuviera adaptada para funcionar con un combus-tible líquido. Un ejemplo similar es el uso de quero-sene en algunos calefactores o estufas. Sin embargo, aparentemente, no hay oxígeno en su atmósfera, lo cual impediría la combustión.
Página 24¿En qué estado (sólido, líquido, gaseoso) está el vidrio cuando se lo mete en el molde? ¿Y cuando se lo saca?
El vidrio fundido se encuentra en estado líquido. En el molde solidifica, es decir, pasa al estado sólido.
Página 26Materiales y naves espaciales¿Qué características tienen los materiales em-pleados en la construcción de equipamiento para misiones espaciales?
Deben ser materiales capaces de soportar condi-ciones extremas de temperatura, presión y fricción. Deben permitir aislar térmicamente las cabinas y
agua hierve a una temperatura más baja y, por tal motivo, los montañistas se quejan de que la cocción de algunas comidas es mucho más lenta.
¿Qué instrumento se usará para medir la tempera-tura de fusión?
Un termómetro.
¿Qué ventajas tiene utilizar las temperaturas de fusión y de ebullición del agua para construir una escala? ¿Qué pasaría si se utilizara tungsteno como referencia?
Para lograr que el tungsteno funda y luego llegue hasta su punto de ebullición hay que entregarle tan-ta energía que no sería conveniente utilizarlo como referencia. El agua, en cambio, posee temperaturas de fusión y de ebullición que son fácilmente alcan-zables en el laboratorio.
Página 20¿Cuántos metros son 800 pies?
Dado que 1 pie equivale a 0,3048 m, 800 pies son 243,84 m.
Página 21¿Todos percibimos las propiedades organolépticas de la misma manera?
No.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 1
1 y 2. Producción personal de los estudiantes.
¿Pasará algo si cambia el solvente?
Dado que la solubilidad es una propiedad que re-laciona un soluto determinado con un solvente, si uno de estos dos cambia, cambia también el valor de dicha propiedad.
En http://bit.ly/EDVCN021 se encuentra disponible el ví-deo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
11
CIENCIAS NATURALES
tener gran resistencia para soportar los cambios de ve-locidad y aceleración a los que será sometida la nave.
Página 27Actividades de repaso
1. a. Edison buscaba que el material fuera buen conductor de la corriente eléctrica, con alta tem-peratura de fusión y que no se oxidara fácilmen-te. Además, quería que fuera barato.b . Pueden averiguar en una tabla periódica de los elementos (hay disponibles en Internet) que el punto de fusión del mercurio es -38,83 °C.
c . Son propiedades intensivas (salvo el precio).
2. Propiedades intensivas: densidad, temperatura de ebullición y de fusión, magnetismo, solubili-dad y conductividad térmica y eléctrica. Propie-dades extensivas: masa, peso, volumen, longitud.
3. Porque expresan la masa y el volumen. Por ejem-plo: envases de helado, desodorantes.
4. La arena no es soluble en agua.
5. Al comparar dos volúmenes iguales de dos sustan-cias diferentes, la más densa será aquella que po-sea mayor cantidad de partículas en ese volumen.
6. La temperatura de fusión del agua es 0 °C, por lo cual por encima de dicho valor su estado es líqui-do (es decir, ya estará fundida). El tungsteno es sólido a esa temperatura (funde a los 3.422 °C) y el metano es un gas a toda temperatura por en-cima de los -164 °C (temperatura de ebullición).
7. Durante el cambio de estado, toda la energía que se entrega al sistema es empleada para romper las uniones entre las partículas. Recién cuando todas las uniones intermoleculares se rompen, el sistema, si se lo sigue calentando, aumenta su temperatura.
8. Produccion personal de los estudiantes.
9. El punto de fusión y de ebullición del agua se ha utilizado para construir la escala Celsius. Tam-bién se determina que 1 kg de ese material ocu-pa un volumen de 1 l cuando está a 4 °C.
10. Producción personal de los estudiantes.
11. Cerámica: poco poroso, no se oxida y posee resis-tencia a altas temperaturas. Plástico: resistente, no se oxida, casi no es degradado por microorga-
nismos, aislante eléctrico.
12. a. metales - cables - plásticos - aislantes.
b . metales - calor - utensilios - plásticos - frági-les - impermeables - plásticos - cerámicos.
Página 28Actividades de integración
1. Podría ser un metal cuya temperatura de fu-sión fuera baja. Se podría analizar los valores de otras propiedades intensivas para identificarlo, como la resistividad eléctrica.
2. Se podría tomar la sopa con una cuchara de tungsteno; en cambio, el galio no serviría para fabricar una cuchara, ya que se fundiría (salvo que la usaras para comer helado).
3. La temperatura de ebullición del agua es de 100 °C a nivel del mar, por lo cual no sirve para freír. El aceite tiene una temperatura de ebullición superior, por lo cual puede llegar en estado líquido hasta los 250 °C.
4. Dado que en Titán la temperatura media es muy baja, el agua se presentaría en estado sólido. Se-ría muy complicado calentarla hasta su tempe-ratura de ebullición, por lo que sería convenien-te elegir una sustancia que se presentara como líquido a esa temperatura, como el metano.
5. a. Un filamento de mercurio sería sólido solo por debajo de -39 °C.
b . En Titán el mercurio se encuentra en estado sólido, ya que la temperatura media es mucho menor a -39 °C.
6. c. El oro es poco resistente al paso de la corriente y su temperatura de fusión es alta, pero su costo es muy elevado.
d . Hemos aprendido que los materiales pueden reconocerse por los valores de un conjunto de sus propiedades intensivas, por lo cual sería necesario tomar los valores de algunas de las propiedades de la tabla (por ejemplo, punto de fusión y resisti-vidad eléctrica) y compararlos con los valores del material incógnita. El aspecto que presenta dicho material también ayuda a reconocerlo.
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• Los sistemas materiales están formados por uno o más componentes. Existen sistemas homogé-neos y heterogéneos, que se diferencian por el número de fases.
• Un sistema homogéneo puede ser una solución o un cuerpo puro. En el primero de los casos, sus componentes pueden separarse mediante algún
método de fraccionamiento o de separación.• Las sustancias puras están constituidas por par-
tículas idénticas entre sí. • La solubilidad de una sustancia en otra es una
propiedad intensiva de ese par de sustancias a una temperatura dada.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 2. Las mezclas
Introducción
En la unidad anterior se usó el término material en un sentido genérico para de-signar tanto a una sustancia como a una mezcla. Entonces, se habló de materiales como el hierro y el oro, y se los caracterizó por los valores de sus propiedades intensivas. Esta visión, si bien facilita la introducción de ciertos conceptos, como las propiedades intensivas, introduce también la imprecisión de nombrar con la misma palabra a las sustancias y a las mezclas de sustancias. En esta unidad, se precisa de qué se habla en la escuela cuando se hace referencia a sustancias puras y mezclas, y también cuando se diferencia entre sustancias simples y compuestas. Estos conceptos son estructurantes en la construcción de la ciencia escolar, y, por eso, es imprescindible darles el debido tratamiento en el aula.
Por otra parte, se pone en evidencia que un sistema homogéneo puede estar formado por un solo componente (por ejemplo, agua) o por más de uno (agua y sal). En estos ejemplos, los valores de las propiedades intensivas no varían en di-ferentes muestras del sistema. De modo similar, un sistema heterogéneo puede estar formado por dos o más componentes (agua y arena) o por uno solo (agua con hielo). Es interesante analizar con los estudiantes que, por ejemplo, en el sistema formado por agua y hielo, la única propiedad cuyo valor es diferente es la densidad; por eso, el hielo siempre flota en el agua líquida, lo que permite la vida en ambientes acuáticos en casos de temperaturas extremas.
Es habitual que los estudiantes den un significado ambiguo al concepto de sustancia pura, confundiéndolo con los productos naturales, de acuerdo con el uso cotidia-no del término. Por ejemplo, se habla de agua pura, desconociendo los minerales y gases disueltos en ella. Estos saberes implícitos se deben tener presentes cuando se comienza a trabajar el concepto de sustancia pura como formada por partículas idénticas entre sí. Es interesante reflexionar con los estudiantes sobre los compo-nentes del agua mineral y del aceite puro de girasol, y reflexionar también sobre la diferencia entre un lingote de oro 24 kilates y el oro de un anillo de 18 kilates.
Por último, es importante reconocer que, si bien ciertos métodos que suelen utilizarse en la vida cotidiana (como la filtración) permiten la separación de los componentes de una mezcla, para separar los componentes iniciales de las soluciones se debe recurrir a métodos de fraccionamiento (como la destilación o la fusión fraccionada).
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
Página 29¿Qué son los ferrofluidos? ¿Cómo están constitui-dos? ¿Qué aplicaciones tienen los ferrofluidos?
Un ferrofluido es un sistema en estado líquido for-mado por un solvente que contiene partículas muy pequeñas en suspensión. Estas partículas poseen propiedades magnéticas. Tienen diversos usos en la ingeniería mecánica y espacial, entre otros; en los dispositivos electrónicos se utilizan como sello lí-quido alrededor del eje de accionamiento que hace girar el disco duro de las computadoras.
Página 30¿Qué tipo de sistema es “el objeto del espacio”?
El objeto del espacio puede ser analizado como un sistema abierto.
¿La Tierra es un sistema abierto, cerrado o aislado?
La Tierra puede ser estudiada o analizada como si fuera un sistema abierto, dado que intercambia ma-teria y energía con el espacio exterior.
Página 32Notas de laboratorio. Experiencia n.° 2
Producción personal de los estudiantes.
En http://bit.ly/EDVCN032 se encuentra disponible el ví-deo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 33¿El “objeto espacial” es una mezcla heterogénea? ¿Y el líquido magnético?
El objeto espacial es una mezcla heterogénea, ya que contiene más de una fase. El líquido magnéti-co, por su parte, es una suspensión de un sólido en un líquido, por lo cual es también una mezcla hete-rogénea (aunque solo podrían detectarse sus fases mediante un microscopio).
Página 34¿Por qué método se podrán separar las fases del “objeto espacial”?
Mediante la decantación se puede separar el líquido
presente en el interior del objeto. Si el líquido es una suspensión (estos sistemas suelen ser muy esta-bles), habría que lograr que las pequeñas partículas que la forman se aglutinen y precipiten para luego separarlas por filtración o imantación.
¿Se podrá usar el tamizado para separar partículas de tres o más tamaños distintos?
Sí, habría que repetir el procedimiento cambiando el tamiz el número de veces que fuera necesario.
Página 35¿El líquido magnético es una solución o una sus-pensión? ¿Qué diferencia hay?
Si el líquido magnético contiene hierro en suspensión, es porque se ha logrado dividir este sólido en partícu-las tan pequeñas que pueden quedar suspendidas en un líquido (del mismo modo que el humo, que está formado por partículas sólidas muy pequeñas, puede quedar suspendido en el aire). Se trataría entonces de una suspensión (y por eso es un sistema heterogéneo) y no de una solución (dado que el hierro no sería so-luble en ese líquido). Sin embargo, a simple vista no es posible identificar de qué tipo de sistema se trata.
Se usará una nueva aleación en vehículos espaciales¿A qué tipo de mezclas se hace referencia en esta noticia?
Se hace referencia a las aleaciones, que son mezclas homogéneas (soluciones sólidas) de dos o más me-tales, o de un metal y un no metal. Las aleaciones poseen propiedades características diferentes de las que poseen los metales que las componen.
¿Por qué motivo se desarrolló una nueva aleación para construir el módulo Orión, en vez de utilizar un material ya existente?
Se desarrolló una nueva aleación para construir el módulo Orión ya que ningún material existente cumplía con las propiedades requeridas.
Página 37¿Pueden decir algo del punto de ebullición de las sustancias que se drenan por la base de la torre de destilación?
Estas sustancias son las que poseen la temperatura
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de ebullición más elevada, tal como se indica en el esquema del libro. No cambian de estado durante el proceso y, por eso, se drenan en estado líquido.
Página 39Notas de laboratorio. Experiencia n.° 3
Producción personal de los estudiantes.
En http://bit.ly/EDVCN039 se encuentra disponible el ví-deo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 40¿Un pez originario del Atlántico Sur podrá vivir en aguas del mar Caribe?
En el mar Caribe la temperatura del agua es elevada, en la superficie puede llegar a los 28 °C. La solubilidad de los gases disminuye con el aumento de la temperatu-ra, por lo cual, comparado con el Atlántico Sur, contiene menor cantidad de oxígeno disuelto disponible para que los peces respiren. Un pez originario de una zona fría posee un metabolismo adaptado a una mayor concen-tración de oxígeno disuelto en el agua, por lo cual pro-bablemente moriría si lo trasladáramos al mar Caribe.
¡Cuidado con las vitaminas!
1. Las vitaminas son componentes imprescindi-bles para la vida. La mayoría de ellas podemos adquirirlas mediante una dieta equilibrada. Las vitaminas hidrosolubles son la vitamina C y las que pertenecen al grupo B. Las liposolubles son las vitaminas A, D, E, y K.
2. La vitamina D es liposoluble. Estas vitaminas se disuelven en aceites y grasas, y no en agua. Por eso, no sería posible consumirlas en forma de ta-bletas solubles en agua.
Página 41¿Por qué se utiliza mercurio para hacer las amal-gamas? ¿Qué propiedad intensiva de esa sustancia se está aprovechando?
El mercurio tiene un punto de fusión muy bajo. Por eso, forma aleaciones con una gran variedad de metales trabajando a temperatura ambiente. Esta propiedad intensiva (el valor del punto de fusión) se
aprovecha, por ejemplo, para la extracción del oro mediante la formación de una amalgama entre am-bos metales. Sin embargo, el mercurio es muy tóxico y, cuando se lo separa de la amalgama aprovechan-do su bajo punto de ebullición, puede ingresar al or-ganismo mediante la vía respiratoria.
¿Se podría utilizar este método de “flotación espu-mante” para separar sal de agua?
No se podría utilizar el mismo método que se utiliza en la purificación del oro dado que la sal es soluble en agua (forma una solución con ella). Los compo-nentes de una solución se separan recurriendo a mé-todos de fraccionamiento, tales como la destilación. En sus primeras aproximaciones a las explicaciones referidas a diferentes sistemas y procesos, los chicos suelen recurrir a concepciones animistas, es decir, tienden a atribuir a los objetos y a los hechos físicos características de las entidades vivas para explicar diversos fenómenos (por ejemplo, pensar que las par-tículas “se escapan”, tal como si tuvieran voluntad propia, etc.). Será tarea docente ayudarlos a construir explicaciones basadas en modelos científicamente válidos y adecuados al nivel de los estudiantes.
El oro en la exploración del espacio
1. Producción personal de los estudiantes. Se espe-ra que comparen las propiedades intensivas del oro y del titanio.
2. a. El aluminio presenta un índice de conductivi-dad eléctrica similar al del oro.
b . Los metales de la tabla tienen densidades muy diferentes a la del oro. El que tiene la densi-dad más parecida, sin embargo, es el hierro.
Página 43Actividades de repaso
1. Las personas y las plantas intercambian energía y materia con el ambiente. Por eso, pueden ser estudiadas como si fueran sistemas abiertos.
2. a. El sistema formado por piedras, agua y acei-te puede separarse primero por filtración para retirar las piedras. Luego, el aceite y el agua se pueden separar por decantación. b . Se trata de un sistema formado por agua con
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CIENCIAS NATURALES
tales como la destilación o la fusión fraccionada. Estos métodos se basan en los diferentes puntos de ebullición o fusión (propiedades intensivas) que presentan los componentes de la mezcla. En el caso de sistemas heterogéneos, hay méto-dos de separación adecuados a cada mezcla; por ejemplo, para separar partículas de hierro dentro de una mezcla se puede utilizar la imantación, que se basa en una propiedad de este metal. En cambio, para separar el exceso de sal que queda sin disolver en el fondo de un recipiente que con-tiene agua salada, se puede utilizar la filtración.
Página 44Actividades de integración
1. a. Pueden ser atraídos objetos formados por hie-rro, muchos de los cuales suelen estar en las ca-sas, como clavos, tornillos, alfileres, tijeras, entre otros. Todos estos objetos cotidianos son sólidos a temperatura ambiente.
b . Son suspensiones de pequeñas partículas de hie-rro en un líquido que puede ser, por ejemplo, aceite. Tienen aplicaciones en investigación espacial.
c . Son sistemas heterogéneos, ya que se trata de suspensiones.
2. a. Se trata de una aleación cuyas propiedades son ideales para la construcción de naves espaciales que son sometidas a altas temperaturas, fricción y que además deben ser livianas y resistentes. b . Sería deseable que no fuera un material frágil y que no se oxidara fácilmente, entre otras posi-bles propiedades.
3. Las naves espaciales poseen escudos térmicos de cerámica u otro material de alto punto de fu-sión que las protege de las altas temperaturas que alcanzan al entrar a la atmósfera. Si así no fuera, el metal de su estructura se fundiría. Por tal motivo, se puede suponer que el objeto espa-cial estaba protegido de una manera similar.
hielo. El hielo se puede retirar con una pinza (este método se denomina tría).
c . Sistema formado por partículas sólidas de diferente tamaño. Se pueden separar mediante uno o varios tamices.
d . Si el sistema se trata de una solución colorea-da, se puede hacer una destilación para obtener el agua pura y el colorante por separado.
3. El primer proceso al que se someten las aceitu-nas es la molienda. En ella, se muelen los frutos para que liberen el aceite que poseen. Se obtiene así una pasta que se bate para que el aceite in-tegre una masa con el resto de los componentes de la aceituna (agua, carozo, piel, etc.). La masa formada es prensada a través de filtros que de-jan pasar el líquido y retienen los sólidos (filtra-ción). El líquido luego se decanta (decantación) y se separa el aceite del agua y de las sustancias en suspensión que pudiera tener. En los procesos más modernos, la pasta inicial, una vez batida, se centrifuga (centrifugación). En este proceso, los líquidos que componen la pasta se separan en ni-veles según su densidad. El agua queda en la par-te inferior, junto con sustancias disueltas y restos sólidos como partes de piel o carozo. En un nivel superior queda el aceite, que es menos denso.
4. a. Se disolvió la sal celeste en el agua.
b . El color tiñe toda la masa de agua porque las partículas del sulfato de cobre se distribuyen de manera homogénea en ella.
c . El peso final es igual que en la situación inicial.
d . Si se hubiera agregado demasiado sulfato de co-bre, habría quedado parte en el fondo sin disolverse.
e . Es mayor.
5. En el agua caliente la solubilidad de los gases es menor que en el agua fría. Por lo tanto, si hay menos oxígeno disuelto, los peces tienen dificul-tades para respirar y mueren.
6. En las peceras se usan los aireadores para ase-gurar la disolución del oxígeno necesario para que los peces respiren.
7. Producción personal de los estudiantes.
8. Los componentes de un sistema homogéneo se separan recurriendo a métodos de separación
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• El agua es un recurso natural imprescindible para la vida tal como la conocemos, ya que participa en numerosos procesos en nuestro planeta y en los organismos vivos.
• La importancia del agua se basa en su capacidad como disolvente, que le permite transportar sus-tancias imprescindibles para la vida.
• La cantidad de agua que contiene nuestro planeta
se mantiene relativamente estable y cambia de un estado de agregación a otro de forma regular o cíclica. Por esta razón, al estudiar los cambios que experimenta el agua en nuestro planeta se utiliza el modelo “ciclo del agua”.
• El agua potable es un recurso imprescindible, cuya demanda global está en aumento. Por eso, se debe usar de manera responsable.
Unidad 3. El agua
Introducción
Esta unidad propicia la toma de conciencia sobre la importancia de los recursos hídricos en nuestro planeta y su utilización responsable. Se analizan los estados de agregación del agua y las condiciones necesarias para lograr cambios en esos esta-dos, así como su presencia en diferentes ambientes y su función en los seres vivos.
Durante el abordaje de estos contenidos, nuevamente, es necesario tener en cuenta el papel del lenguaje en la construcción de conocimiento. Como vimos, frases como “el agua es un líquido” determinan las concepciones de los estudiantes y podrían dificultar la comprensión de los factores que determinan el estado de agregación de una sustancia. Por eso, se sugiere usar las diferentes cuestiones que se plantean en el texto y que permiten reflexionar sobre la influencia de las condiciones am-bientales para establecer el estado de agregación de una sustancia.
Otra idea de sentido común que se aborda es la creencia de que las nubes es-tán formadas por vapor de agua. Sabemos que las ideas previas suelen persistir pese a las explicaciones que podamos dar en la escuela. Por eso, se sugiere pro-piciar situaciones de interacción e intercambio en las que los alumnos reconoz-can, discutan y reflexionen sobre sus concepciones en contraposición con las explicaciones y modelos que propone la ciencia.
La importancia del agua como solvente es también un tema que se desarrolla en esta unidad. Incluye el estudio de las soluciones, la manera en que se puede expresar su concentración y el papel que juegan en la vida. Un hito importante está constituido por el abordaje del concepto de solubilidad de una sustancia en otra y su variación frente a factores como la temperatura y la presión, ya que permite la introducción de conceptos relativos a los sistemas en equilibrio.
Por último, en la actual enseñanza de las ciencias se considera imprescindible el abordaje de los conceptos mediante el enfoque ciencia, tecnología y sociedad (CTS), que en esta unidad se puede advertir en la mirada sobre la potabilización y el su-ministro del agua, y también el circuito que recorren las aguas desechadas. De esta manera, no solo se introducen cuestiones conceptuales tales como diferencias en-tre agua salada, salobre y dulce o el uso consuntivo y no consuntivo, sino que se propicia la toma de conciencia sobre la necesidad del cuidado del agua.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
Página 45¿En qué lugares de la imagen se observa agua?
El objeto de esta pregunta es relevar las concepcio-nes alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deben ser consideradas válidas.
¿Qué son las nubes lenticulares? ¿Cómo afectan a los vuelos?
Son aquellas cuya forma se asemeja a la de una len-te o lenteja. Se forman generalmente a grandes alti-tudes en zonas montañosas.
Página 46¿Cuáles son las temperaturas máxima y mínima que se pueden medir sobre la Tierra?
La temperatura es un efecto macroscópico de fe-nómenos que ocurren a nivel de las partículas. El modelo cinético de partículas asume que la menor temperatura para la materia equivale a -273 °C (0 K), pues este valor corresponde a la inmovilidad de las partículas que componen la materia. Sin embargo, esta temperatura no puede ser alcanzada experi-mentalmente, y los científicos solo han logrado llegar a milésimas de Kelvin. En cuanto a las temperaturas máximas, no se conoce aún cuál es el límite y en di-ferentes experiencias se ha llegado a alcanzar tem-peraturas de miles de millones de grados Celsius.
¿Cómo se forman las nubes?
1. Los cristales de hielo se forman en las nubes al-tas, en la zona más fría de la atmósfera.
2. Los cumulonimbos son nubes de gran tamaño, que pueden tener la forma de un hongo y cuyo color puede ser gris o negro. Son las nubes típi-cas de las tormentas intensas.
Página 47¿Por qué es importante mantener bien cerradas las ollas a presión? ¿Qué pasaría si se abrieran mien-tras se están utilizando?
En las ollas a presión, el aumento de temperatu-ra en el interior produce un aumento de presión, que modifica la temperatura de ebullición del agua y acelera la cocción. Si la abrimos mientras está
funcionando, su contenido podría ser expulsado ha-cia el exterior por la diferencia de presión.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 4
1. 3985, Pangboche. 4300, Pheriche.
2. Entre 92 °C y 95 °C.
3. El agua tardará menos en hervir en Humahuaca, que se encuentra a mayor altura sobre el nivel del mar (la presión atmosférica es menor y tam-bién lo es el punto de ebullición del agua).
En http://bit.ly/EDVCN047b se encuentra disponible el vídeo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 48¿Por qué los náufragos se pueden deshidratar si toman agua de mar?
La concentración de electrolitos del agua de mar es mayor a la del medio intracelular, lo que produce el movimiento de agua del interior al exterior de las células (proceso denominado ósmosis). Esto puede ocasionar la deshidratación.
¿Qué pasaría si se colocara un pez de mar en una pecera con agua dulce? ¿Podría vivir un pez en agua pura?
Igual que en el ejemplo anterior, se producirá el pro-ceso de ósmosis a través de sus membranas celula-res y el pez sufrirá deshidratación. Si colocáramos un pez en agua pura, se produciría un flujo desde el medio exterior hacia el interior de las células, pro-duciendo la turgencia celular y eventual plasmóli-sis. Además, los peces respiran el oxígeno disuelto en el agua, por lo cual no pueden vivir en agua pura.
Página 49Diálogos en el espacio
1. Fue una competencia entre la Unión Soviética y los Estados Unidos que duró casi 20 años, entre 1957 y 1975. Ambos países buscaban predomi-nar en la conquista del espacio exterior.
2. Buscaríamos un planeta azul, ya que este color es indicio de la presencia de agua en estado líquido.
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Página 50El Palacio de las Aguas Corrientes
1. Porque el agua del río debe pasar previamente por un proceso de potabilización.
2. En las últimas décadas de 1800, diferentes epidemias relacionadas con el consumo de agua contaminada mataron a un gran número de pobladores. La cons-trucción del depósito que abastecía de agua potable a la población disminuía las probabilidades de con-tagio y propagación de enfermedades hídricas.
Página 52¿Para qué se utiliza el agua en la ganadería?
Se utiliza, por ejemplo, para que beban los animales y para regar los sembradíos con el forraje.
¿Dónde va el agua luego de los usos consuntivos?
No se devuelve al medio de donde se ha captado, sino que es consumida por la actividad en la que se utilizó o se incorpora al ambiente por evaporación.
Página 54La contaminación en el Riachuelo
1. Se origina en el curso del río Matanza, que, al llegar a su desembocadura en el Río de la Plata, toma el nombre de Riachuelo. Nace en la provin-cia de Buenos Aires y constituye el límite sur de la Ciudad de Buenos Aires. Desemboca en el Río de la Plata a la altura del barrio porteño de La Boca. Atraviesa los municipios de Almirante Brown, Avellaneda, Cañuelas, Esteban Echeverría, Ezeiza, General Las Heras, La Matanza, Lanús, Lomas de Zamora, Marcos Paz, Merlo y San Vicente.
2. Se contaminó porque recibe numerosos desechos industriales, especialmente de curtiembres, y de las aguas servidas de asentamientos y napas saturadas de toda la cuenca.
3. Mucha gente vive en las orillas de este río conta-minado, y la gran mayoría no dispone de agua po-table ni cloacas, por lo que su salud se ve afectada.
Página 55Actividades de repaso
1. Líquido: al abrir la canilla y en las piletas. Sólido: en una cubetera. Gaseoso: en la atmósfera.
2. Producción personal de los estudiantes.
3. El agua dulce se caracteriza por tener una baja con-centración de sales disueltas. El agua salada posee mayor cantidad de sales disueltas. El agua salobre tiene disueltas más sales que el agua dulce pero menos que el agua de mar. El agua potable es aque-lla que ha atravesado una serie de procesos que la vuelven apta para el consumo humano. En la des-embocadura del Río de la Plata, el agua puede consi-derarse agua salobre. El Lago Puelo está formado por agua dulce proveniente de deshielos. En el canal de Beagle la salinidad es variable, ya que el mar recibe una gran contribución de aguas de baja salinidad a través de los canales fueguinos y de glaciares.
4. a. En las nubes el agua puede estar en estado lí-quido o sólido. Para que las nubes estuvieran for-madas por vapor de agua la temperatura a la al-tura donde se forman debería ser menor a la de condensación del agua. Entonces, las nubes serían invisibles, ya que no podemos ver el vapor de agua.
b . El agua es un componente primordial de los seres vivos. Las células contienen agua, que ac-túa como solvente de electrolitos y nutrientes, y también es el medio en el cual se producen las reacciones químicas necesarias para la vida. Las membranas externas de las células están en contacto con un medio líquido extracelular, de donde reciben sus nutrientes y hacia donde liberan los desechos de su metabolismo. Estas funciones son posibles gracias a la capacidad del agua para disolver sustancias. El agua es el componente fundamental de la sangre, por me-dio de la cual se transportan gases, sustancias nutrientes y electrolitos. Por otro lado, en el agua se disuelven las sustancias de desecho que luego se eliminan en la orina y en la transpiración.
5. Producción personal de los estudiantes.
6. Producción personal de los estudiantes. Si el agua se tomara de un lago límpido, no sería necesario reali-zar la floculación y posterior filtración de los flóculos.
7. El recurso se contaminaría.
8. Producción personal de los estudiantes.
9. Posibles usos: generación de energía eléctrica (no consuntivo), canalización y utilización en
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
riego (consuntivo), abastecimiento de centros poblados (consuntivo).
10. a. La eutrofización provoca la modificación de las características del hábitat acuático, la pro-ducción de toxinas por determinadas algas y el aumento en el costo de potabilización del agua. La disminución de la concentración de oxígeno en el agua puede dar lugar a la mortandad de peces. La rotación de cultivos protege el suelo y hace innecesaria la fertilización permanente. b . Es producto principalmente de las curtiembres. Afecta la salud de los ribereños y de diversos orga-nismos acuáticos. Para evitar estos efectos, los resi-duos de curtiembre y plantas industriales deberían recibir un tratamiento previo a su vertido.
c . Se produce debido a que se vuelcan en el lago líquidos cloacales sin el paso previo por plantas de tratamiento. Puede provocar problemas de salud en los pobladores y en quienes utilicen el lago con fines recreativos. También incrementan el gasto en potabilización.
d . El problema que se genera es la escasez de este recurso para la vida en todas sus formas. Además, las aguas pueden resultar contaminadas por los desechos que genera esta actividad. Se debería controlar estrictamente la actividad minera.
11. El depósito ocuparía alrededor de 18 manzanas y su construcción no sería viable.
Página 56Actividades de integración
1. Se sugiere guiar a los estudiantes en la formu-lación de sus hipótesis para que relacionen las partículas con las que se rociaría la nube con la condensación de gotas de agua en ellas y la pos-terior precipitación de las mismas.
2. a. El agua hierve a 100 °C a nivel del mar. En otras condiciones, la temperatura de ebullición varía.
b . La presión atmosférica es mucho mayor, por lo que la temperatura para lograr el cambio de estado será mayor.
3. Permite cocinar los alimentos más rápido.
4. a. La mayoría de los seres vivos actuales utilizan oxígeno en estado gaseoso. Sin embargo, existen
bacterias y hongos que pueden sobrevivir en ausen-cia de este gas, y bacterias que oxidan el metano.
b . No, ya que la zona de habitabilidad se define, en-tre otros aspectos, en función de la posibilidad de existencia de agua en estado líquido en la superficie.
c . Sin el equipamiento adecuado, no sobrevivi-rían, ya que las condiciones de nuestro planeta son muy diferentes a las de Titán.
d . El ser proveniente de Saturno tendría que te-ner, entre otras cosas, un equipo que le proveye-ra una mezcla de hidrógeno y helio para respirar.
e . Seguramente no sería agua, ya que no se en-cuentra allí en estado líquido. Podría ser, en cam-bio, hidrógeno.
5. En primer lugar, habría que filtrarla para eliminar partículas en suspensión. Luego, habría que calen-tarla hasta el hervor, provocar su condensación sobre una superficie fría y recolectarla para obte-ner agua destilada. Sin embargo, no existe consen-so respecto sobre si es adecuado el consumo de agua destilada por tiempos prolongados. También pueden disolverse sales en el agua. Otros métodos que permiten obtener agua potable son pastillas o líquidos potabilizadores.
6. La solubilidad de las sales en agua casi no va-ría en relación con la presión. Por eso, se podrán preparar las mismas soluciones saturadas en cualquier lugar del país.
7. a. Las nubes lenticulares se forman generalmen-te a grandes altitudes en zonas montañosas.
b . En zonas montañosas, si existe viento perpen-dicular a las montañas, el aire húmedo que llega, asciende por su ladera y, al enfriarse, forma una nube. Si esta nube no puede descender por la otra ladera, debido a la inversión térmica, permanece rodeando la cima. Una inversión térmica sucede cuando las capas de aire más bajas tienen me-nor temperatura que las que están por encima de ellas, y puede ocurrir en noches muy frías.
c . Producción personal de los estudiantes. Se es-pera que hagan mención a la condensación (al formarse la nube) y la evaporación (si se deja de ver la nube). No es conveniente hablar de “desa-parición”, sino reflexionar acerca de que solo se trata de cambios de estado.
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• La posición y el movimiento de los cuerpos se de-terminan en un sistema de referencias.
• Las magnitudes que se utilizan para describir y ex-plicar los movimientos son vectoriales. Deben indi-car la dirección y el sentido en el cual se producen.
• Los cuerpos pueden interactuar a través de fuer-zas de contacto o a distancia.
• El movimiento de un cuerpo se puede predecir analizando las fuerzas aplicadas sobre él.
• Un objeto puede caer a la Tierra o permanecer en órbita según la relación que exista entre su velo-cidad inicial y la fuerza de atracción gravitatoria que actúe sobre él.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 4. Movimientos y fuerzas
Introducción
A diferencia de unidades anteriores, en esta se abordan comportamientos macros-cópicos de los cuerpos, que pueden ser explicados desde un punto de vista también macroscópico. El estudio de la física se refiere al mundo cotidiano de los estudian-tes. Por eso, el principal obstáculo es la familiaridad de los alumnos con los com-portamientos de los cuerpos que van a estudiar y la gran cantidad de concepciones implícitas sobre ellos. Por ejemplo, en esta unidad se evidencia que objetos que en la vida diaria se consideran inmóviles están en movimiento en relación con otra referencia. También se habla de cuerpos que pueden moverse eternamente, o caer y llegar al mismo tiempo al suelo con independencia de su peso.
Otra dificultad son los procedimientos que deben aprender respecto de los cálculos numéricos. Cuando los problemas matemáticos se superponen con los físicos, los estudiantes suelen centrar su atención en el aprendizaje de técnicas y algoritmos de cálculo, dejando de lado el abordaje conceptual del contenido científico. En este sentido, es importante la reflexión sobre lo aprendido.
Si bien el abordaje de esta unidad implica un cambio en la percepción de un mundo familiar hacia una mirada mucho más amplia y abstracta, no se deja de lado la relación de los marcos teóricos con dichas realidades cotidianas. Para lograrlo, se introducen sistemas de referencia para describir los movimientos, y también las diferencias entre magnitudes escalares y vectoriales.
Al trabajar con las expresiones de velocidad, se sugiere tener en cuenta que hay términos cotidianos que pueden interferir en el aprendizaje. Por ejemplo, la uni-dad km/h se lee “kilómetros por hora”, pese a que la barra indica cociente, lo que puede dar lugar a confusiones. Es tarea del educador poner el acento en estos errores cotidianos para construir los conceptos desde la ciencia escolar.
Luego de analizar los movimientos, se comienzan a describir las causas físicas que los generan. La concepción que se pretende construir es que las propieda-des de los cuerpos y sus cambios se deben interpretar en un sistema de conti-nua interacción, y bajo esta mirada se analizan las fuerzas por contacto y a dis-tancia. En este campo, la comprensión del concepto de inercia resulta compleja, ya que debe entenderse en una mirada ideal, en la cual no existen fuerzas de rozamiento, situación también muy alejada de la vida cotidiana.
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
Página 61¿Por qué la Luna no se cae a la Tierra? ¿Cómo se ponen en órbita los satélites artificiales?
El objetivo de estas preguntas es relevar las concep-ciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas vá-lidas durante su socialización.
Página 62Alguien que trabaja en la estación espacial, ¿verá a la Tierra quieta o en movimiento?
Si una estación espacial acompaña a la Tierra en su rotación (es decir, si describe una órbita geoestacio-naria), un astronauta verá permanentemente los mismos lugares, por lo cual tendrá la percepción de que la Tierra no se mueve. En cambio, si su órbita la describe con velocidad diferente a la de rotación te-rrestre (como la EEI), verá a la Tierra en movimiento.
Página 65Notas de laboratorio. Experiencia n.° 5
Actividad de resolución personal de los estudiantes.
En http://bit.ly/EDVCN065 se encuentra disponible el vi-deo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 69Aristóteles, Galileo y la caída de los cuerpos
1. La hipótesis de Galileo consistía en que dos cuerpos diferentes caen en igual tiempo inde-pendientemente de su masa. Para comprobarlo, propuso medir el tiempo de caída de cuerpos de diferente masa manteniendo constantes todos los demás factores, como la forma y el tamaño de los objetos. De esta manera, si ambos objetos llegaban al mismo tiempo al piso al ser soltados simultáneamente desde el mismo punto, podía concluir que su hipótesis era verdadera, ya que el único factor variable era la masa.
2. Galileo dedujo que, de acuerdo con la propues-ta de Aristóteles, dos cuerpos de diferente masa deberían caer en diferente tiempo, y que si se los uniera entre sí, el tiempo de caída debería ser in-
termedio entre ambos. Pero, por otro lado, al for-mar un cuerpo más pesado (la suma de ambos) el tiempo de caída debería ser mayor. Ambos re-sultados se contradecían en este razonamiento, por lo cual se podía considerar que la teoría era inconsistente.
3. Actividad de resolución personal. Entre otros motivos, los estudiantes podrían plantear que una de las razones por las cuales el pensamiento de Aristóteles fue tan trascendente durante casi dos mil años es porque contribuyó a conformar la cultura occidental desde ámbitos tan diversos como la física, la política, la biología y hasta la teoría literaria. Por tal motivo, su visión del mun-do fue muy difícil de cambiar.
Página 70¿La Estación Espacial Internacional (EEI) y la Luna no caen a la Tierra por la inercia? ¿Cuáles serían las fuerzas que actúan entre estos cuerpos?
La respuesta es afirmativa. En todo momento sobre la EEI y sobre la Luna se aplica la fuerza de atracción gravitatoria con sentido hacia el centro de la Tierra. En cambio, no hay ninguna fuerza que actúe en la dirección de la superficie terrestre, paralela a la tra-yectoria de la órbita. La resistencia a cambiar la ve-locidad o inercia de ambos objetos y la ausencia de fricción por no haber aire provocan que ambas sigan dando vueltas indefinidamente alrededor de la Tie-rra, gracias al impulso inicial. En realidad, en el caso de la EEI, la zona en la cual orbita tiene una leve at-mósfera, por lo cual sí existe un mínimo rozamien-to que disminuye su velocidad poco a poco. Por este motivo, enciende sus motores esporádicamente para mantener una órbita estable. El tipo de movimiento que describen, estrictamente hablando, es producto de que ambos objetos caen permanentemente hacia la Tierra, ya que la fuerza de atracción gravitatoria hacia el centro de la Tierra hace que tanto la Luna como la EEI, en lugar de moverse en línea recta por el espacio, se desvíen sistemáticamente de su tra-yectoria rectilínea, quedando en una órbita circular en torno a nuestro planeta.
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¿Para qué servirá predecir el movimiento de un objeto?
Entre otras cosas, predecir el movimiento nos per-mite determinar la posición de un objeto en deter-minado momento, por ejemplo, de un planeta en su órbita, de un satélite, o también de la velocidad de un autobús en una ruta. También nos ayuda, por ejemplo, a predecir dónde caerá un proyectil o si un meteorito impactará sobre nuestro planeta.
Página 73¿Si la Estación Espacial y la Tierra se atraen, por qué no chocan? ¿Habrá otra fuerza actuando en esta interacción?
Como se ha mencionado en una pregunta anterior, la inercia impide que la EEI caiga sobre la superficie terrestre, pese a la atracción que ejercen una sobre la otra. En todo momento, sobre la EEI se aplica la fuerza de atracción gravitatoria y no hay ninguna fuerza que actúe en la dirección de la superficie te-rrestre, paralela a la trayectoria de su órbita. La re-sistencia a cambiar la velocidad o inercia de la EEI en ausencia de fricción (por ausencia de aire), hace que siga dando vueltas indefinidamente alrededor de la Tierra, debido al impulso inicial. Pero, dado que la zona en la cual orbita tiene una leve atmósfera y existe un mínimo rozamiento, su velocidad dismi-nuye poco a poco, por lo cual debe encender de vez en cuando sus motores para mantener su órbita y no chocar con la Tierra.
¿Cómo será la fuerza de atracción gravitatoria en-tre la Tierra y la EEI respecto de la atracción entre la Tierra y el avión?
El valor de la fuerza de atracción entre dos cuerpos se puede calcular mediante la expresión: F = G m1.m2/d2. De este modo, se deduce que la fuerza de atrac-ción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversa-mente proporcional a la distancia que los separa ele-vada al cuadrado. Si consideramos que la EEI orbita a una distancia de la Tierra de aproximadamente 400 km y que la altura habitual a la que circula un avión es aproximadamente de 15 km, podemos estimar que, aunque las masas del avión y de la EEI no sean
iguales, el denominador del cálculo en ambos casos es muy diferente (160.000 km2 y 225 km2, respectiva-mente). Por lo tanto, la fuerza resultante es mucho menor en el caso de la EEI.
Página 75Actividades de repaso
1. La Luna describe una órbita alrededor de la Tie-rra en aproximadamente 28 días, que equivalen a 672 horas. El recorrido circular que realiza se puede calcular como el perímetro de un círculo de radio de 385.000 km. Por lo tanto, la distancia que recorre en ese tiempo es de 2.419.032 km. Como la velocidad se calcula por el cociente en-tre el espacio recorrido y el tiempo transcurrido, en este caso será 3.599 km/h. El avión que reco-rre 1.300 km en 2 horas (120 minutos) se mueve a 650 km/h.
2. Puede calcularse con la fórmula t = d/v. En el caso del colectivo, t = 0,5 km / 40 km/h, por lo cual t = 0,0125 h, que es el tiempo que tardará el colectivo en llegar a la intersección. Del mismo modo, si la persona recorriera una distancia de 100 m a velocidad constante durante ese tiempo, su velocidad podría calcularse como v = d / t y equivaldría a 0,1 km / 0,0125 h, es decir, una ve-locidad de 8 km/h.
3. a. 3 m/s y 6 m/s.
b . Recorre mayor distancia durante el período comprendido entre los segundos 1 y 2, dado que posee mayor velocidad.
4. a. La distancia recorrida se puede calcular me-diante la expresión d = v . t, es decir, multiplicando el tiempo transcurrido por la velocidad que posee.
b . x(t) = x0 + v . t
5. a. La aceleración del primer cuerpo es de 9,75 m/s2 y la del segundo es de 8 m/s2.
b . Seguramente los cuerpos poseen diferente for-ma. El segundo ofrece mayor resistencia al aire.
6. Si todas las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo se compensan dando una resultante nula, su aceleración será cero, y, por lo tanto, no varia-rá su velocidad. En cambio, si un cuerpo tiene aceleración nula, solo se puede asegurar que la
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sumatoria de las fuerzas aplicadas sobre él es cero. Un caso particular sería que no existieran fuerzas aplicadas, pero no se puede afirmar de ninguna manera que “ninguna fuerza se aplica sobre él”. En ambos casos, el cuerpo se moverá indefinidamente con velocidad constante o bien permanecerá en reposo.
7. a. La variación en su velocidad se calcula me-diante la expresión ∆v = a · t.
b . Después de un tiempo t, se puede calcular su velocidad con v(t)= v0 + at.
Página 76Actividades de integración
1. Actividad de resolución personal. Se espera que los estudiantes puedan deducir que, aunque la masa sea la misma en ambas hojas, la forma ge-nera diferente interacción con el aire y, por eso, la hoja abollada llegará más rápido al piso.
2. Actividad de resolución personal. Se espera que ambas botellas lleguen juntas al piso.
3. Actividad de resolución personal.
a . Se quiere asemejar a la caída libre. En este caso, el auto se ve atraído hacia la pata de la mesa.
b . Es de esperar que el envión no logre vencer la fuerza de atracción, por lo cual el auto será nuevamente atraído hacia el extremo fijo del elástico. c . Solo con un gran envión el auto logra vencer la atracción y dar una vuelta completa, de mane-ra similar a lo que ocurre con un cuerpo que se pone en órbita. d . La fuerza de atracción gravitatoria disminu-ye a medida que se incrementa la distancia. En un elástico, en cambio, la fuerza de atracción aumenta a medida que se incrementa la distan-cia mientras no se supere cierto límite de estira-miento del elástico.
4. Actividad de resolución personal.
a . Deberían basarse en la relación entre la fuer-za de atracción del planeta y la velocidad de la estación espacial.
b . La Estación Espacial Internacional orbita a una altura en la cual existe una tenue atmós-fera, que provoca un mínimo rozamiento, por lo cual enciende sus motores esporádicamente para mantener una órbita estable. En el caso de algún desprendimiento metálico de la estación, el rozamiento con la atmósfera lo iría frenando hasta que, finalmente, caería en la Tierra. c . La EEI orbita en una zona donde prácticamen-te no existe el rozamiento, por lo cual no es ne-cesario que tenga una forma aerodinámica como la de un avión.
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• Es necesario definir el estado de un sistema para poder analizar los cambios que en él se producen.
• La energía total de un sistema puede estar cons-tituida por diferentes formas de energía, entre otras: potencial, cinética y térmica.
• Energía, trabajo y calor son equivalentes y, por lo tanto, cada uno se puede convertir en otro.
• La energía es una propiedad de todo sistema ais-lado cuyo valor total no cambia aunque en el sis-tema se produzcan cambios.
• Si un sistema es no aislado o tiene rozamiento, su energía total puede aumentar o disminuir. Dicho aumento o disminución es igual a la diferencia entre toda la energía que entró y toda la que salió.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 5. La energía
Introducción
Existen numerosas dificultades en el aprendizaje del concepto de energía, deri-vadas muchas veces de las preconcepciones de los estudiantes, que suelen asig-narle significados provenientes del lenguaje cotidiano o de aprendizajes previos no significativos. Por ejemplo, es habitual escuchar expresiones sin sustento científico, como “gasto energético”, “consumo de energía” o “no gastes energía en eso”, que dificultan la construcción escolar de este concepto. Los jóvenes, además, suelen asociar el término energía a una especie de fluido o sustancia material y, muchos creen que la energía se puede “gastar” y la consideran como propiedad de un cuerpo, sin tener en cuenta sus interacciones.
El concepto de energía es abstracto y resulta difícil de comprender y de aplicar correctamente. Esta dificultad se genera también en el hecho de que no pode-mos observar más que los efectos de su transferencia o su transformación de una forma en otra. Muchos problemas provienen también de la dificultad que manifiestan los estudiantes en utilizar el principio de conservación de la ener-gía para el análisis de fenómenos físicos.
En esta unidad, se expresa la energía como una propiedad de los sistemas, reto-mando la noción de sistema físico como aquella porción del Universo que se aísla mentalmente para su análisis. Se parte del estudio de los cambios que ocurren en diferentes cuerpos del sistema y se introducen así las ideas de interacción y de fuerza, como una cara visible de las interacciones. Un tema que aporta compleji-dad a la comprensión del concepto es la introducción de fuerzas a distancia, como la fuerza de atracción gravitatoria. En el mundo cotidiano, la percepción indica la aparente imposibilidad de acción a distancia entre dos objetos (salvo en el caso de la atracción magnética) mientras que, en la escuela, se pretende recurrir a modelos físicos que consideran la existencia y el análisis de este tipo de interacciones.
Se introduce también, en esta unidad, el trabajo como otra manera de realizar intercambios entre los componentes de un sistema (o entre sistemas) y su con-versión en energía y/o calor. De este modo, se puede comprender que, durante los cambios ocurridos en un sistema aislado, la energía puesta en juego se conserva y solo pasa de una forma a otra o se transfiere de un cuerpo a otro, es decir que la cantidad de energía total se mantiene constante.
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Página 77¿Qué tipos de energía se ponen en juego en el despegue de un transbordador? ¿Y durante un viaje al planeta Marte?
El objetivo de estas preguntas es relevar las concep-ciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas vá-lidas al momento de su socialización.
Página 78¿Quién determinará qué variables son significa-tivas y cuáles no, para definir el estado de un sistema?
El investigador es quien determina las variables que permiten definir el estado del sistema de acuerdo con el fenómeno que se desea estudiar.
Página 79¿Habrá sistemas aislados en la naturaleza?
No existen sistemas aislados en la naturaleza.
Página 80Si un satélite tuviera la misma órbita y la misma ra-pidez que la Estación Espacial Internacional, pero una masa mucho menor, ¿cómo sería su energía cinética? ¿Igual, mayor o menor que la de la Estación?
Dados dos cuerpos que tienen la misma rapidez, tendrá mayor energía cinética el de mayor masa, por lo cual el satélite tendrá menor energía cinética que la EEI.
Página 82¿De aquí vendrá el dicho “los opuestos se atraen”?
Es probable.
Página 83La combustión y los cohetes
1. El transbordador Challenger explotó a los pocos segundos de su despegue y, en este accidente, fa-llecieron sus siete tripulantes.
2. El famoso físico Richard Feynman, Premio Nobel de Física en 1965, formó parte de la comisión reu-nida para estudiar las causas del accidente. Feyn-man comprobó experimentalmente que las jun-
tas de goma de los cohetes aceleradores, a bajas temperaturas, perdían la elasticidad que caracte-riza a este material, volviéndose duras y quebra-dizas. De esta manera, los retenes dejaban esca-par los gases combustibles, lo cual fue el motivo de la explosión. La comisión informó que antes del despegue se ignoraron las advertencias de los ingenieros sobre los peligros que podían provocar las frías temperaturas de aquella mañana.
Página 84Energía nuclear en la Argentina
1. En una central nuclear se produce una reacción controlada de ruptura de átomos de uranio, que libera una gran cantidad de energía (energía quí-mica nuclear). El calor producido se utiliza para calentar agua y generar vapor. Este vapor hace girar unas turbinas. La rotación de la turbina se traslada a un generador eléctrico, que produce electricidad con su movimiento.
2. Mientras que en la central nuclear el movimien-to de la turbina se genera por el vapor obtenido al calentar agua, en una represa hidroeléctrica las turbinas se mueven debido a la energía po-tencial gravitatoria del agua que se transforma en energía cinética de rotación. En ambos casos, la energía cinética de las turbinas se transforma en energía eléctrica en el generador.
Página 85¿Se podrá comparar la energía necesaria para el despegue de un cohete con los fenómenos de esta página? ¿Cómo se debería hacer el cálculo?
Se puede calcular la velocidad mínima necesaria que debe adquirir un cohete para vencer la atrac-ción gravitatoria y despegar (velocidad de escape) y, conociendo su masa, calcular la energía cinética que tendrá luego de despegar. Por ejemplo, supon-gamos que la masa del cohete fuera como la de un auto; entonces Ec = ½ m v2 y la velocidad de esca-pe es 39.600 km/h, dato que deberemos expresar en m/s. Por lo tanto, Ec = ½ 1000 kg x (39.600.000 m/3.600 s)2. Entonces, Ec para un cohete de 1000 kg de masa será de 6,05 x 1010 kg m2/s2 o 6,05 x 1010 J. La energía se suele expresar en joules (J) o en ca-lorías, y la relación entre ambas unidades es 1 cal = 4,19 J. Esta energía debe ser proporcionada por
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la reacción química que genera la combustión del combustible que lleve el cohete.
Página 88¿Bajo qué condiciones se conserva la energía de un sistema?
Solo en los sistemas aislados se puede comprobar que la energía se conserva, es decir que no aumen-ta ni disminuye su valor. Estos sistemas son ideales, ya que en ellos no hay intercambio de energía ni de materia con el entorno.
Página 89Actividades de repaso
1. a. A medida que se desliza cambian su posición, en relación con la base de la montaña, y su ve-locidad. En consecuencia, lo hacen también su energía potencial y su energía cinética (la prime-ra disminuye, la segunda aumenta).
b . Mientras recorre su órbita, cambian su posi-ción relativa al Sol y su velocidad. En consecuen-cia, cambian su energía potencial y su energía cinética. La energía total se mantiene constante.c . A medida que aumenta la temperatura del agua (energía térmica), aumenta la energía ciné-tica media de sus moléculas. La energía necesaria para este cambio proviene de la combustión del gas de la hornalla (energía potencial química).
d . En un reloj de cuerda, esta acumula energía potencial elástica en un resorte de metal que se enrosca al girar la perilla o darle cuerda (energía cinética). Luego, poco a poco esta energía poten-cial acumulada se va liberando y mueve el meca-nismo que hace girar las agujas (energía cinética).
e . Una planta necesita energía solar para crecer. Esta energía le permite realizar la fotosíntesis. La energía proveniente del Sol es almacenada como energía química en forma de glucosa y otros car-bohidratos, con los cuales la planta genera su es-tructura celular.
2. Ninguno de los ejemplos dados es un sistema aislado.
a . El agua recibe la energía que cede el Sol (energía
de radiación), que es la que permite que se evapore.
b . La gota tiene energía potencial determinada por la altura desde la cual cae. Esta energía va disminuyendo a medida que se encuentra más cerca del suelo (pierde energía potencial). De manera simultánea, adquiere mayor velocidad (aumenta su energía cinética) a medida que se acerca al piso.
c . La energía de radiación que cede el Sol es al-macenada como energía química por las plantas (que la reciben) en forma de glucosa y otros car-bohidratos, que le permiten crecer. Cuando los animales ingieren estos vegetales, pueden obte-ner de ellos la energía almacenada.
d . Un auto utiliza para moverse la energía quí-mica que proviene (o recibe) de la combustión de la nafta u otro combustible (que la ceden).
e . El funcionamiento del encendedor se basa en la energía potencial eléctrica que genera una chispa. Esta chispa provee la energía necesaria para comenzar la reacción química que se pro-duce entre el gas de la cocina (combustible) y el oxígeno (comburente).
3. Se podrían fundir 1,078 kilos de hielo con la ener-gía de una lamparita de 100 W encendida duran-te 10 horas. El cálculo que permite llegar a este resultado surge de la regla de tres simple que relaciona la energía que consume una lamparita encendida durante 10 horas (360.000 J) y la ener-gía necesaria para fundir 1 kg de hielo (334.000 J). Entonces, 360.000 J x 1 kg / 334.000 J = 1,078 kg.
4. La energía liberada si el Sol explotara como una supernova equivaldría a la que llega a la Tierra durante 3,64 x1019 años normales de Sol. El cál-culo que permite obtener este resultado es una regla de tres simple. Si una supernova libera 2 x 1044 J y en un año llegan a la Tierra desde el Sol 5,5 x 1024 J, entonces 2 x 1044 J x 1 año / 5,5 x 1024 J, que equivale a la energía que llegaría durante 3,64 x1019 años normales de Sol.
5. a. Al inicio posee la máxima energía potencial gravitatoria (Ep) relacionada con la altura a la cual se encuentra y su energía cinética (Ec) es cero, ya que está inmóvil. A medida que descien-de por la rampa, su Ep disminuye y simultánea-
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mente aumenta su Ec, de forma que la energía total que posee siempre se mantiene en el mismo valor. Al llegar al punto más bajo de la primera rampa, su Ep es muy pequeña, pero la gran Ec que tiene le permite ascender para completar el recorrido en esta primera parte, mientras su Ep aumenta y disminuye su Ec. Salta, entonces, a la segunda rampa, y allí comienza la segunda parte del recorrido con la misma Ep que tenía al comple-tar la primera parte (ya que está a la misma altu-ra). Su Ec va aumentando a medida que desciende por la rampa hasta que llega al piso y continúa el movimiento horizontal hasta que el rozamiento de las ruedas contra el piso hace que se detenga.
b . La Ep es máxima, en cada tramo, cuando se encuentra más alejada del piso.
c . La Ec es máxima, en cada tramo, en los pun-tos más cercanos al piso.
6. Una máquina simple permite realizar un trabajo utilizando una fuerza menor (c). No cambian ni el trabajo realizado ni la energía involucrada.
7. Juan tendría que sentarse más cerca del extre-mo, alejándose del eje del subibaja para levantar un peso mayor. Si los brazos de una palanca son desiguales, entonces un brazo más largo permite realizar la misma cantidad de trabajo, pero utili-zando una fuerza menor.
8. La Tierra constituye un sistema abierto, ya que intercambia materia y energía con el espacio ex-terior.
9. El recipiente que se sacude adquiere mayor tem-peratura, proveniente del trabajo que se ejerce sobre él.
10. Cuando una bola en movimiento choca de ma-nera elástica con otra de igual masa que se en-cuentra detenida, la primera queda en reposo y la segunda adquiere la velocidad que tenía la primera. En este caso, la segunda bola comenza-rá a moverse con una velocidad inicial de 10 m/s, que irá disminuyendo en función del rozamien-to, hasta detenerse. Por otra parte, el producto de la masa de cada cuerpo por su velocidad se debe mantener constante durante una colisión elás-tica. Si las bolas tuvieran diferente masa, la ve-locidad inicial de la segunda bola no sería igual
que la velocidad de la primera bola; deberemos calcularla en función de su masa.
Página 90Actividades de integración
1. La energía cinética que corresponde a dicha velo-cidad se calcula con Ec = 1/2 m v2. Entonces, Ec = ½ 28.000 kg (7.780 m/s)2 y equivale a 8,47 x 1011 J.
2. Para el caso anterior, la Ep en la órbita se calcula con Ep = m · g · h. Entonces, Ep = 28.000 kg x 9,8 m/s2 x 200.000 m y equivale a 5,49 x 1010 J.
3. Energía total = energía cinética + energía poten-cial gravitatoria. Entonces, Et = 8,47 x 1011 J + 5,49 x 1010 J = 9,02 x 1011 J. La cantidad total de energía que se necesita para poner en órbita la nave es mayor que la energía química utilizada por un auto estándar a lo largo de un año (1 x 1010 J).
4. a. Si se trata de una nave de 28.000 kg de masa, entonces Ec = ½ 28.000 kg (29.800 m/s)2 y equi-vale a 1,24 x 1013 J.
b . En la órbita terrestre, Ec = 8,47 x 1011 J y la di-ferencia necesaria es de 1,15 x 1013 J.
5. La energía total será Et = 9,02 x 1011 J + 1,15 x 1013 J, por lo cual Et = 1,24 x 1013 J. Esta cantidad de energía es comparable a la que produjo la bom-ba de Hiroshima.
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• Dentro de un sistema (o entre un sistema y otro) pueden existir intercambios de energía.
• La conducción, la convección y la radiación son mecanismos por los cuales se intercambia la energía térmica.
• La propagación de la luz y del sonido pueden ser explicadas mediante un movimiento ondulatorio.
El sonido necesita un medio material para pro-pagarse; la luz y otras ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío.
• La luz visible forma parte de un amplio espectro electromagnético, en el cual se ordenan todas las ondas de acuerdo con su frecuencia, energía y lon-gitud de onda.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 6. Intercambios de energía
Introducción
La pregunta inicial de la historieta es si las ondas de radio que se transmiten desde la Tierra podrían ser escuchadas desde otros planetas. De esta manera, la unidad comienza por el estudio de las formas en que se transmite la energía y, entre ellas, el calor permite introducir el concepto de temperatura. En esta uni-dad se propone retomar la estructura particulada de la materia como base para com-prender fenómenos relacionados con el calor y la transferencia energética. La materia está formada por pequeñas partículas que poseen energía cinética, y resulta fácil en-tender que si un cuerpo gana energía, por ejemplo, en forma de calor, y se calienta, es porque las partículas que lo forman comienzan a moverse más rápido.
Las ideas de sentido común llevan a los jóvenes a decir, por ejemplo, que una frazada nos abriga porque es caliente. Esto se convierte en un obstáculo para comprender que no sentimos frío porque las frazadas se hacen con materiales que son buenos aislantes térmicos e impiden que nuestra propia energía térmi-ca escape y nos dé sensación de frío. Dado que la transferencia de calor debe analizarse desde una visión de sistema, podemos decir que cuando dos cuerpos se ponen en contacto, el calor se transfiere desde el que tiene mayor tempe-ratura hacia el de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. Así, dejamos las ventanas cerradas para mantener la casa calefaccionada, es decir, para que no se transfiera la energía térmica del interior al exterior.
En la vida cotidiana existen nociones relacionadas con algunos cambios de estado del agua cuyas explicaciones suelen ser confusas. Por eso, sugerimos prestar especial atención al análisis de casos como el siguiente. Cuando ponemos sobre la hornalla encendida una olla con agua, la energía proveniente de la combustión se transfiere al recipiente y, luego, al líquido, cuya temperatura asciende hasta llegar al cambio de estado de líquido a vapor. Este cambio ocurre en toda la masa del líquido, y, si la pre-sión atmosférica es 1 atm, un termómetro marcará 100 °C mientras dure el proceso. Este valor es una propiedad intensiva del agua conocida como punto de ebullición. Pero esta no es la única forma en que el agua puede pasar al estado de vapor; por ejemplo, el agua de los mares pasa constantemente a la atmósfera sin llegar hasta la tempe-ratura de ebullición. En este segundo caso, el cambio ocurre solo en la superficie del líquido y se denomina evaporación. Aunque ambos procesos (que se engloban en la vaporización) necesitan aporte de energía, sus mecanismos son muy diferentes.
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Página 91¿Qué son las ondas de radio? ¿Para qué se usan en astronomía? ¿Cómo se relacionan con la búsqueda de vida extraterrestre?
Las ondas de radio forman parte del espectro electro-magnético y se usan para emisiones de televisión y de radio, teléfonos celulares, y otras aplicaciones de comunicación. Para observar el cielo desde la Tierra solo se emplean la luz y las ondas de radio, ya que la atmósfera absorbe otros tipos de ondas. Muchos objetos astronómicos emiten ondas de radio, y, por eso, se usan radiotelescopios en astronomía. Además, existen diversos proyectos que buscan señales de in-teligencia extraterrestre mediante radiotelescopios, aunque por el momento no han tenido éxito.
Página 92Notas de laboratorio. Experiencia n.° 6
Actividad de resolución personal de los estudiantes.
En http://bit.ly/EDVCN092 se encuentra disponible el vi-deo que complementa esta actividad. Más recursos au-diovisuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 97¿Qué ocurriría con los seres vivos que habitan los lagos congelados si el hielo fuera más denso que el agua líquida?
En un lago, si el hielo fuera más denso que el agua en estado líquido, a medida que se formara hielo, se iría inmediatamente al fondo, y todo el lago comenzaría a congelarse desde abajo hacia arriba. Los seres vi-vos, en este caso, morirían en la época invernal. Esto, sin embargo, no ocurre porque el hielo queda en la superficie (por su densidad menor) y el agua ubicada por debajo de esta capa sigue en estado líquido.
Página 101En las salas de rayos X debe haber carteles que indican que las embarazadas no pueden tomarse radiografías. ¿Por qué será?
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnéti-ca de mucha mayor energía y longitud de onda me-nor que la luz visible. Estas radiaciones pueden atra-vesar los objetos y esta propiedad es utilizada para
visualizar en imágenes radiográficas diferentes partes del cuerpo. La exposición a dosis bajas de rayos X du-rante los diagnósticos médicos no es perjudicial; en cambio, la exposición excesiva puede producir daños graves. Las mujeres embarazadas solo deben someter-se a estos rayos en casos de extrema necesidad, ya que altas dosis pueden ocasionar fallos en la implantación del embrión, malformaciones congénitas o incremen-to del riesgo de cáncer en la infancia.
Página 102¿Cuáles de estas radiaciones servirán para explo-rar la existencia de vida extraterrestre?
Las radiaciones que emiten las estrellas y los planetas pueden analizarse para determinar si un planeta reú-ne las condiciones que se suponen necesarias para ser habitable. Por otra parte, los radiotelescopios podrían detectar, si las hubiera, señales de radio provenientes de civilizaciones extraterrestres inteligentes.
Página 103Actividades de repaso
1. Un termo es un recipiente constituido general-mente por dos botellas de vidrio, y, dado que este material (vidrio) es aislante, no permite la transferencia energética por conducción. Entre ambas botellas se ha hecho el vacío, lo cual di-ficulta también la convección. La radiación se evita gracias a la pintura espejada del recipiente interior, que evita tanto la propagación energéti-ca desde el interior del envase hacia el exterior como desde el medio externo hacia dentro del recipiente. Por lo tanto, se puede afirmar que el termo permite mantener la temperatura de un líquido caliente tanto como la de uno frío, en teoría, durante un tiempo indefinido.
2. Muchos materiales en la construcción de vivien-das no son aislantes. Una casa bien aislada se calienta con muy poca energía y mantiene me-jor la temperatura sin necesidad de calefacción o refrigeración constante. Las casas cuya aisla-ción es deficiente liberan energía térmica hacia el exterior, generalmente a través de los techos y las aberturas. Entonces, aquellas viviendas en las que es posible observar que la nieve del techo
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se ha fundido son las que peor aislación tienen. En cambio, las que utilizan la energía para cale-faccionar de manera más eficiente no dejan es-capar la energía térmica hacia el exterior y, por tal motivo, lucen sus techos nevados.
3. Una bebida caliente se va enfriando mediante los mecanismos de transferencia energética vistos. Al colocar dentro de la taza una cuchara metá-lica, el metal también permite la transferencia térmica hacia el exterior mediante el mango, que se expone fuera del líquido caliente. Los metales son buenos conductores eléctricos y térmicos; por eso, dejar la cuchara dentro de la taza ayuda a que la transferencia térmica sea más rápida, es decir, a que el café se enfríe más rápidamente.
4. Los termómetros clínicos se utilizan para medir la temperatura corporal. Su funcionamiento se basa en la propiedad de los materiales de dila-tarse por el aumento de la temperatura. Algunos materiales poseen un coeficiente de dilatación mucho más elevado que otros; entre ellos, la mayoría de los metales y, especialmente, el mer-curio. Los termómetros clínicos tradicionales son de vidrio y en su interior tienen una fina co-lumna de mercurio que, al dilatarse, asciende e indica la temperatura. El valor del coeficiente de dilatación del vidrio es mucho menor que el del mercurio; por eso, no se ve afectada la medición por la dilatación del vidrio, ya que es práctica-mente nula a la temperatura corporal.
5. En un día helado, el enfriamiento de la masa de agua en un lago ocurre primero en la superfi-cie, que está en contacto con el aire frío. Si el hielo fuera más denso que el agua en estado lí-quido, inmediatamente se iría al fondo y todo el lago comenzaría a congelarse desde abajo hacia arriba. Todos los organismos habitantes del lago morirían en la época invernal.
6. Actividad de resolución personal de los estu-diantes. Se espera que no cambie.
7. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, es decir que puede recorrer una distancia de 340 metros en un segundo. En cambio, la velocidad de la luz es tan grande (300.000 km/s) que po-demos ver el rayo prácticamente en el mismo
momento en que se produce. Si en el instante en que vemos la luz contamos los segundos que pasan antes de escuchar el trueno, podemos cal-cular a qué distancia se encuentra la tormenta. Por ejemplo, si escuchamos el trueno 3 segundos más tarde y sabemos que la velocidad del sonido es 340 m/s, podemos calcular: v = d / t y d = v . t. Entonces, d = 340 m/s x 3 s. El cálculo nos indica que la tormenta se encuentra a una distancia de 1.020 metros (alrededor de 1 km).
También se puede calcular la distancia a la que se encuentra la tormenta mediante una aproxima-ción y una división. El sonido se propaga a 340 m/s; entonces, en 3 segundos recorrerá 1020 m, es decir, aproximadamente 1 km. Supongamos que entre que vemos el rayo y escuchamos el trueno trans-currieron 6 segundos. Podemos calcular la distan-cia utilizando el siguiente razonamiento: en 3 se-gundos, el sonido recorre aproximadamente 1 km, entonces, aplicando una regla de tres simple (pro-porcionalidad directa), en 6 segundos recorrerá una distancia x, que se calcula de este modo:
3 s___________1 km
6 s___________x = 6 s × 1 km / 3 s
Entonces, la diferencia de tiempo entre que ve-mos el rayo escuchamos el sonido puede variar, pero siempre dividiremos por 3 segundos.
8. Existen cremas con filtros químicos, que contie-nen moléculas que absorben radiaciones de la región del ultravioleta (UVA y UVB) y las transfor-man en otro tipo (de menor energía) que no resul-te nociva para la piel. También hay filtros físicos que poseen minerales (como el dióxido de titanio) que actúan reflejando o refractando los rayos so-lares e impidiendo que penetren en la piel.
9. El arco iris se forma en días en que los rayos sola-res atraviesan pequeñas gotas de agua suspendi-das en la atmósfera. En ese caso, la luz que entra en cada gota se descompone en todos los colores del espectro, como si atravesara un prisma. Este espectro se refleja en la superficie posterior de cada gota y, como cada color se refracta según un ángulo distinto, vemos diferentes bandas que van del violeta al rojo, pasando por el verde y el
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amarillo. La misma explicación es válida para el pasaje de los rayos solares a través del agua que dispersa un regador de jardín.
10. Los conos son receptores del color y se encuen-tran en la retina. Existen tres clases de conos: uno es sensible al rojo, otro al verde y otro al azul (colores básicos, ya que por la combinación de ellos podemos formar todos los demás). El daltonismo es un defecto genético que ocasio-na dificultad para distinguir los colores. El dal-tonismo acromático impide distinguir cualquier color, debido a la falta de todo tipo de conos en la retina, aunque es muy poco frecuente. Existen otros tipos de daltonismo, ya que hay diferentes combinaciones de conos ausentes o defectuosos. El más frecuente es el que produce confusión en-tre los colores rojo y verde por la falta de un tipo de receptor. Si una persona contara solo con un tipo de conos en su retina, podría percibir solo el color para el que fuera sensible dicho receptor.
11. a. Las ondas de radio, de televisión y de telefonía se propagan a la misma velocidad que la luz, es decir unos 300.000 km/s.
b . Podría considerarse que la primera transmisión de radio de la historia se realizó en 1906, en EE. UU. Las primeras emisiones públicas regulares de tele-visión se efectuaron en 1927.c . d = v . t. La velocidad es de 300.000 km/s; y el tiempo, 108 años. Un año equivale aproximada-mente a 3,1 x 107 segundos. Entonces, d = 3 x 105 km/s x 3,4 x 109 s = 1,02 x 1015 km. Las distancias recorridas durante un año a la velocidad de la luz se miden en años luz. Por lo tanto, las ondas de radio recorrieron 108 años luz; y las de televi-sión, 87 años luz. Se ha descubierto un exopla-neta potencialmente habitable, Gliese 163c, a 49 años luz de la Tierra. Por lo tanto, nuestras ondas de radio ya han llegado hasta este planeta.
Página 104Actividades de repaso
1. Los púlsares son fuentes de ondas de radio que vibran con periodos regulares. Los científicos detectaron estas señales extremadamente regu-lares y pensaron que podrían haber establecido
contacto con una civilización extraterrestre, pero luego se concluyó que debían ser producto de fe-nómenos naturales.
2. Si nos alejamos de las luces de la ciudad y mira-mos el cielo nocturno, en la región comprendida entre Sagitario y Escorpio ubicaremos el centro de nuestra galaxia. Debido a que el polvo inte-restelar bloquea nuestra línea de visión, el cen-tro galáctico no puede ser estudiado de manera directa con luz visible. La información que se posee sobre él proviene de instrumentos que de-tectan otro tipo de radiaciones, por ejemplo, los radiotelescopios, que permitieron encontrar que es una fuente de emisiones de radio. Aparente-mente, la emisión proviene de un agujero negro de gran masa ubicado en su centro.
3. En la comunicación, se requiere de dos elemen-tos: emisor y receptor, y ambos deben tener el mismo protocolo de intercambio y codificación. Este concepto es válido para toda comunicación entre personas (directa o por radio o televisión). Si nos llegara una supuesta emisión televisiva de seres extraterrestres, veríamos solo ruido y se-ría necesario un proceso de “traducción” que nos permitiera decodificar la señal.
4. Un año son 31.536.000 segundos. Una onda que se propague a 300.000 km/s durante 4,37 años recorrerá una distancia d = v . t, o sea, d = 4,13 x 10¹³ km. Alfa Centauri se encuentra a una dis-tancia de 9,46 x 1012 km de nuestro planeta. Una señal de radio proveniente de dicho sistema es-telar tardaría 4,37 años en llegar a la Tierra.
5. La antena parabólica amplifica las ondas. Su for-ma es como un plato, lo cual permite que todas las emisiones que llegan a su superficie sean reflejadas hacia el foco de la parábola. De este modo, son amplificadas.
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• Las estrellas son cuerpos celestes que emiten luz. El Sol es una estrella. Los planetas, en cambio, no emiten luz visible, sino que reflejan la luz de las estrellas.
• A lo largo de la historia, las personas formaron figuras imaginarias con las estrellas, a las que llamaron constelaciones. Sobre un mismo conjunto de estrellas, diferentes culturas imaginaron dis-tintas figuras.
• Se denomina movimiento diario del cielo al recorri-do aparente que los astros realizan en el cielo a lo largo de un día.
• Para explicar el movimiento diario del cielo, los científicos construyeron modelos. El modelo de la esfera celeste fue formulado hace 2.500 años
y propone que las estrellas están situadas sobre una gran esfera que gira alrededor de nuestro planeta.
• El modelo geocéntrico, postulado en la Antigüedad, consideraba que la Tierra era el cen-tro del Universo y que los planetas se movían al-rededor de la Tierra en órbitas circulares situadas a diferentes distancias.
• El modelo geocéntrico fue reemplazado por el mo-delo heliocéntrico, propuesto por Copérnico, que considera que el Sol es el centro del Universo y que los planetas, incluida la Tierra, giran a su alrededor.
• En la actualidad, sabemos que el Sol no es el cen-tro del Universo sino una de las tantas estrellas que se observan en el cielo.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 7. La Tierra y el Sistema Solar
Introducción
El estudio del Universo y sus enigmas es quizás uno de los temas de Ciencias Naturales que más interesa y motiva a los estudiantes, y que mayor desafío plantea a los docentes. En este campo de conocimiento, muchas veces, lo que observamos (por ejemplo, que el Sol se mueve en el cielo) difiere de las explica-ciones científicas actuales, y esto suele operar como obstáculo epistemológico para comprender, interpretar y utilizar los modelos físicos y astronómicos.
Esta unidad presenta un modelo actualmente aceptado por la comunidad cien-tífica para explicar el movimiento de los astros. En este sentido, se recomienda trabajar con los estudiantes la noción de modelo como una de las “herramien-tas de representación teórica del mundo, auxiliares para explicarlo, predecirlo y transformarlo. Es decir, representaciones mentales que nos permiten com-prender, representar y accionar sobre la realidad”. Es importante diferenciar los modelos científicos de los escolares, y establecer claramente la diferencia entre el modelo y el objeto de estudio.
El lenguaje tiene un lugar de preponderancia como mediador en la construcción del conocimiento. Por eso, es importante el trabajo didáctico en relación con la forma en la que hablamos de la ciencia. Por ejemplo, en el lenguaje cotidiano decimos que el Sol sale y se oculta. Sin embargo, sabemos que ese movimiento del Sol no es un movimiento real del Sol alrededor de la Tierra, sino un movi-miento comúnmente llamado aparente, producto del movimiento de rotación de nuestro planeta. Las metáforas suelen tener una gran potencia didáctica, pero es necesario explicitar cuándo se está trabajando con análogos, establecer los correspondientes analógicos y evitar su naturalización desde el lenguaje.
(Galagovsky y Adúriz Bravo, 2001)
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Página 110¿Por qué en los lugares oscuros no vemos los colores? ¿Tendrá algo que ver con los conos y los bastones?
Por un lado, la visión está determinada por la cap-tación del estímulo luminoso por las células foto-sensibles presentes en los ojos (conos y bastones). Al percibir la luz, estas células generan un impulso nervioso que es interpretado por el cerebro. Enton-ces, si disminuye el estímulo, disminuye la visión. Por otro lado, la incapacidad para visualizar colores en la oscuridad se debe a las diferencias que pre-sentan los conos y los bastones en el ojo humano. Los conos (células capaces de captar todas las lon-gitudes de onda del espectro visible) se encuentran en mayor proporción en la zona del ojo donde llega la luz (denominada zona de visión directa). Estas célu-las se activan cuando la intensidad lumínica es alta. Los bastones, en cambio, no pueden captar las lon-gitudes de onda asociadas a los diferentes colores, pero son muy sensibles a bajas intensidades lumíni-cas. Por esta razón, nos permiten la visión nocturna, aunque no nos permiten diferenciar los colores.
¿Habrá algún modo de evitar que las luces de las grandes ciudades generen tanta contaminación lumínica?
Algunas formas posibles de mitigar la contamina-ción lumínica son: educar a la población para que utilice luces solo cuando sea necesario; regular el horario de apagado de carteles publicitarios lumi-nosos; e instalar un alumbrado público que dirija la luz por debajo del plano horizontal.
Página 111¿Por qué no son todas las estrellas del mismo color?
El color de las estrellas depende de la temperatura en su superficie. En las estrellas azules, la tempe-ratura de la superficie puede alcanzar los 25.000 K (grados Kelvin), que equivalen a 24.727 °C. En las es-trellas rojas, las temperaturas rondan los 2.000 K o 1.726 ºC.
¿Cómo puedo hacer para ver uno?
Algunos sitios que los estudiantes pueden visitar son:
http://www.heavens-above.com/http://www.calsky.com/cs.cgi/Satellitehttp://spaceflight1.nasa.gov/realdata/sightings/index.html
Página 112¿Por qué será que hay constelaciones que solo se observan en determinada época del año?
El que podamos o no podamos ver ciertas constela-ciones se debe a que la Tierra se encuentra en per-manente movimiento alrededor del Sol. Entonces, al observar el cielo desde un punto fijo en la Tierra, habrá constelaciones que queden fuera de nuestra vista (por debajo de la línea que llamamos horizon-te) en determinados momentos del año (recordemos que el año está determinado por el movimiento de traslación terrestre).
Página 113Notas de laboratorio. Experiencia n.° 7
1. Producción personal de los estudiantes.
2. La Tierra rota en sentido Oeste-Este. Entonces, al observar el cielo, vemos cómo los astros salen por el Este y se ponen por el Oeste.
3. Sí, no importa la fecha; siempre veremos que la Luna se desplaza en el cielo hacia el Oeste.
4. Sí, desde cualquier parte del mundo vemos la Luna desplazarse en el cielo hacia el Oeste, ya que este movimiento aparente de la Luna es una consecuen-cia de la rotación terrestre en sentido contrario.
En http://bit.ly/EDVCN113 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 114 ¿Existirá también un polo norte celeste?
Sí. Los polos celestes (norte y sur) son puntos ima-ginarios por los que pasa el eje de rotación terrestre en su prolongación imaginaria hasta tocar la esfera celeste. Tanto los polos celestes como el eje de ro-tación son modelos que los científicos construyen
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para representar y explicar la naturaleza. En este caso, el modelo de polos celestes se utiliza para ex-plicar, por ejemplo, el movimiento aparente de las estrellas vistas desde la Tierra.
¿Se podría identificar el polo sur celeste en la ima-gen de apertura del capítulo? ¿Cómo?
Como vimos en la respuesta anterior, los polos ce-lestes son dos puntos imaginarios que se marcan en el cielo en el lugar en que la prolongación del eje de rotación de la Tierra corta la esfera celeste (que es, a su vez, una esfera ideal, sin existencia real). Para marcar el polo sur celeste (o el norte, según el caso) hay que encontrar el centro de simetría de rotación de la fotografía. El centro geométrico común a todas las circunferencias es el polo. Si, en lugar de estar viendo una fotografía de larga exposición, estuvié-ramos mirando efectivamente el cielo desde el he-misferio sur, podríamos identificar el polo utilizan-do la Cruz del Sur. Para ello, hay que extender los brazos hacia el cielo y medir con los dedos el largo de la diagonal mayor de la Cruz del Sur. Luego, hay que prolongar esa medida 4,5 veces desde la estrella que está en el extremo largo del palo mayor. El pun-to en el cielo al que se llega es el polo sur celeste.
Página 115Notas de laboratorio. Experiencia n.° 8
1. El movimiento de la Cruz del Sur es de 360º cada 365 días, lo que se explica por el movimiento de traslación terrestre, observado a la misma hora de cada día. El movimiento de 24 h (360º) indica el instante de tiempo dentro del día y posibilita usar a la Cruz como un reloj.
2. Sí, es posible.
En http://bit.ly/EDVCN115 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 116¿Cómo puedo saber, mirando una vez la Luna, si está creciendo o menguando?
Para saber si la Luna está menguando puedo mirar-la al amanecer y notar su lado derecho iluminado.
Para saber si está creciendo puedo mirarla al ano-checer y notar su lado izquierdo iluminado.
Página 117El desafío de los tres planetas
1. En el artículo se mencionan cinco planetas de la Antigüedad: Venus, Júpiter, Sol, Luna y Mercurio.
2. Estas alineaciones duran poco tiempo porque los planetas se desplazan en sus órbitas alrede-dor del Sol y solo son visibles desde la Tierra en ciertos momentos.
Página 119¿Habrá alguna observación o experiencia que nos indique que no estamos en el centro del Universo?
Producción personal de los estudiantes.
Página 121Actividades de repaso
1. Por ejemplo:
a . No, es posible aprender mucho acerca del cie-lo sin usar un telescopio.
b . No, la Luna también puede verse en ciertos momentos durante el día.
c . No, los astros brillantes que se observan en el cielo nocturno también pueden ser planetas o satélites artificiales.
d . No, en el cielo nocturno también se pueden ver los astros que reflejan la luz de otros astros, por ejemplo, los planetas, que reflejan la luz del Sol.
2. a. Constelación que caracteriza a nuestro vera-no: Orión.
b . Constelación que caracteriza a nuestro invier-no: Escorpio.
c . Una constelación que podemos ver todo el año: Cruz del Sur.
3. a. Las estrellas que aparecen por el horizonte hacia el Este, luego de unas horas se ponen por el horizonte hacia el Oeste.
Las estrellas que se observan hacia el Sur giran alrededor del polo sur celeste.
4. a. La estrella girará en el sentido de las agujas del
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reloj y, como se encuentra cerca del polo sur ce-leste, no la veremos desaparecer bajo el horizonte.
b . En su recorrido aparente a través del cielo, la Cruz del Sur demora aproximadamente 24 horas en realizar un giro completo en el sentido de las agujas del reloj. Entonces, observando el movi-miento de esta constelación podemos calcular la hora en cierto lugar de la Tierra. Por ejemplo, si la Cruz realizó un cuarto de vuelta entre las dos ob-servaciones, podemos inferir que pasaron 6 horas.
5. Si cuando está saliendo el Sol vemos la Luna en el cielo con una mitad iluminada, seguro que tie-ne su lado derecho iluminado y que está en su fase menguante.
6. Lunes: Luna / Martes: Marte / Miércoles: Mer-curio / Jueves: Júpiter / Viernes: Venus / Sábado: Saturno / Domingo: Sol.
Neptuno no se relaciona con ningún día de la semana porque no era conocido en la Antigüe-dad, ya que no es observable a simple vista. Este planeta fue observado por primera vez en el año 1600 por Galileo (quien, en ese momento, no re-conoció que se trataba de un nuevo planeta).
7. Es esperable que los estudiantes marquen los puntos blancos que cambiaron de posición en la segunda imagen.
8. a. El modelo geocéntrico del Universo sostenía que la Tierra era esférica y que se ubicaba en el centro del Universo. Alrededor de la Tierra, gira-ba en dirección Este-Oeste una esfera celeste so-bre la que se ubicaban las estrellas.
b . El modelo heliocéntrico proponía que el Sol se encontraba en el centro del Universo y que la Tierra giraba a su alrededor.
c . El modelo geocéntrico.
d . El modelo heliocéntrico.
e . El modelo aceptado actualmente no es el mis-mo que el de Copérnico, que ha sufrido muchas modificaciones y adecuaciones. Por ejemplo, no se considera al Sol como el centro del Universo sino como una estrella muy similar a otras estrellas. Además, se considera que el Sol no está quieto, sino que gira alrededor del centro galáctico.
9. Se espera que los estudiantes incluyan en sus re-flexiones que los tamaños de los astros son mu-cho mayores que el objeto más grande que existe sobre la Tierra y que las distancias también lo son.
Página 122Actividades de integración
1. La nave tardó 13 años terrestres en llegar al lu-gar desde donde sacó la foto. Suponiendo que la nave se desplaza en una trayectoria rectilínea y a velocidad constante, si tardó 13 años en reco-rrer 6.000 millones de kilómetros, en llegar a una estrella que está 12.800 veces más lejos debería demorar 166.400 años (12.800 x 13).
b . Se espera que los estudiantes concluyan que se ven las mismas constelaciones que desde la Tierra.
c . Sí, podría darse cuenta de que es un planeta y no una estrella por su desplazamiento.
d . La posibilidad de identificar a la Tierra como un planeta con vida dependerá del nivel tecnoló-gico que haya desarrollado esa civilización.
e . Algunas frases podrían ser, por ejemplo: “La Tierra no es más que un pequeñísimo grano que forma parte de una vasta arena cósmica”. “La falsa ilusión que tenemos de tener un lugar pri-vilegiado en el Universo es desafiada por este pá-lido punto de luz. Nuestro planeta es una mota solitaria en la inmensa oscuridad cósmica”. En la Antigüedad, los investigadores no contaban con los instrumentos tecnológicos de hoy en día y, al mirar el cielo, veían cómo todo se desplazaba al-rededor de ellos. Esto los llevó a pensar que la Tierra era el centro del Universo.f . La luz tarda miles o decenas de miles de años en llegar a la Tierra desde una estrella situada en otro brazo de la galaxia. Si la nave se desplaza 20.000 veces más lento que la luz, demorará de-cenas o cientos de millones de años.
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• La Tierra puede ser estudiada como un sistema abierto, ya que intercambia materia, energía e in-formación con el resto del universo. En este modelo de análisis, se pueden establecer subsistemas de estudio (geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera).
• Según la elaboración que requieren, los materia-les pueden clasificarse en naturales, manufactu-rados y artificiales.
• Se denominan recursos energéticos a los medios o recursos del planeta que pueden ser utilizados como fuente de energía por las personas. El car-bón, la biomasa, el petróleo y el gas son ejemplos de recursos energéticos.
• Según su posibilidad de agotamiento, los recursos
energéticos se clasifican en renovables y no reno-vables. La energía solar, la hidráulica, la eólica y la geotérmica son recursos energéticos renova-bles. El petróleo, el carbón, el gas y los metales son recursos energéticos no renovables.
• La extracción, el procesamiento y el uso de los recursos generan sustancias de desecho.
• Se denomina reciclar a la acción de recuperar ma-teriales para darles un nuevo uso. La reutiliza-ción, por otro lado, implica darles nuevos usos a objetos ya utilizados.
• Se denomina basura espacial a los restos de satéli-tes y naves espaciales que se encuentran en des-uso orbitando alrededor del planeta.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 8. La Tierra y sus recursos
Introducción
Entre la inmensa diversidad de seres vivos existentes y los demás componentes del planeta, así como entre los seres vivos entre sí, se establecen relaciones e in-tercambios de materiales, energía e información. Además, también se producen intercambios de materiales y energía entre el planeta y el resto del universo. Por esta razón, se suele utilizar la noción de sistema para analizar y estudiar cómo se desarrolla la vida en la Tierra.
En este marco de estudio, se pueden establecer, además, subniveles o subsiste-mas de estudio, llamados subsistemas terrestres. Estos subsistemas son la atmós-fera, la geosfera, la hidrosfera y la biosfera. Siempre que se trabaja con modelos, es importante esclarecer con los estudiantes la diferencia entre el objeto de es-tudio (en este caso, el planeta Tierra) y la forma en la que se lo estudia (es decir, como si fuera un sistema abierto que, a su vez, puede ser dividido en subsiste-mas para focalizar el estudio), estableciendo las correspondencias analógicas y las formas adecuadas de lenguaje.
El capítulo realiza un estudio sistémico breve y luego se centra en la interacción entre los seres humanos y el planeta, específicamente en los recursos que las personas tomamos del planeta y en la forma en que lo hacemos. En este contex-to, se presenta una clasificación de materiales según el nivel de transformación al que se los somete (naturales, manufacturados y artificiales) y una clasifica-ción de los recursos energéticos según su agotamiento (renovables y no renova-bles). Además, se presentan para el análisis crítico situaciones relacionadas con la gestión de residuos y su impacto en el equilibrio del planeta. En este sentido, los contenidos del capítulo son generadores de instancias de reflexión y crítica sobre las propias acciones de los estudiantes en relación con el cuidado del pla-neta y la participación responsable.
• La Tierra puede ser estudiada como un sistema abierto, ya que intercambia materia, energía e in-formación con el resto del universo. En este modelo de análisis, se pueden establecer subsistemas de estudio (geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera).
• Según la elaboración que requieren, los materia-les pueden clasificarse en naturales, manufactu-rados y artificiales.
• Se denominan recursos energéticos a los medios o recursos del planeta que pueden ser utilizados como fuente de energía por las personas. El car-bón, la biomasa, el petróleo y el gas son ejemplos de recursos energéticos.
• Según su posibilidad de agotamiento, los recursos
energéticos se clasifican en renovables y no reno-vables. La energía solar, la hidráulica, la eólica y la geotérmica son recursos energéticos renova-bles. El petróleo, el carbón, el gas y los metales son recursos energéticos no renovables.
• La extracción, el procesamiento y el uso de los recursos generan sustancias de desecho.
• Se denomina reciclar a la acción de recuperar ma-teriales para darles un nuevo uso. La reutiliza-ción, por otro lado, implica darles nuevos usos a objetos ya utilizados.
• Se denomina basura espacial a los restos de satéli-tes y naves espaciales que se encuentran en des-uso orbitando alrededor del planeta.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
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Página 124¿De dónde salen los materiales que utilizamos? ¿Se extraen directamente de algún subsistema de la Tierra o deben ser procesados?
Los materiales que usamos se obtienen de diferen-tes zonas del planeta. Algunos se utilizan directa-mente y otros deben ser procesados.
Página 125¿Se pueden utilizar todos los suelos de igual modo como recurso?
No. La utilización de un suelo como recurso depen-de de su composición. Los diferentes tipos de suelo se utilizan de diferentes maneras y se pueden obte-ner de ellos distintos recursos.
Página 126¿Se podrá transformar el agua salada en agua potable de algún modo?
Sí. Una forma de transformar agua salada en pota-ble es mediante destilación, usando luego los mé-todos estándar de potabilización. También se puede usar un proceso llamado ósmosis inversa.
¿Qué agua se utiliza en los procesos industriales?
En los procesos industriales se utiliza agua blanda. Esta contiene una mínima cantidad de sales disueltas.
Página 128¿De qué forma será más conveniente generar ener-gía eléctrica?
La forma más conveniente de generar energía eléc-trica es mediante la transformación de energía eó-lica, hidráulica o solar, que son energías renovables.
La revolución de la energía
1. Los recursos energéticos que se utilizan en los hogares dependen de la ubicación geográfica. En las grandes ciudades de nuestro país, se utiliza gas como principal recurso energético, aunque en muchos países (incluso en la Argentina) se está comenzando a utilizar también la radiación so-lar. En zonas suburbanas y en el campo, muchos hogares utilizan como recursos energéticos el
carbón o hidrocarburos (queroseno, gasoil, etc.), y también el viento. El carbón, el gas y los hidro-carburos se obtienen de la geosfera. La radiación solar y el viento, en cambio, de la atmósfera.
2. Algunas posibles respuestas son: la cocina y el horno emplean gas y se usan para cocinar; el ca-lefón o el termotanque también utilizan gas y se usan para calentar el agua; la estufa puede funcionar con gas, queroseno, leña o carbón y se utiliza para calefaccionar los ambientes.
3. El gas, el petróleo y el carbón se obtienen de dis-tintas zonas de la corteza terrestre, es decir, de la geosfera. La segunda parte de esta pregunta permite realizar un trabajo integrado con los aspectos sociales de las ciencias. Se sugiere, por ejemplo, pedirles a los estudiantes que conver-sen con sus abuelos y que investiguen cómo era su ciudad u otra ciudad hace 300 años.
Página 129Completar
Recursos renovables: energía solar, energía eólica, energía hidráulica, energía geotérmica. Recursos no renovables: petróleo, gas, uranio, metales.
¿Qué organismos degradan las sustancias biode-gradables?
Entre los microorganismos que degradan sustancias biodegradables se encuentran distintas especies de hongos y de bacterias.
¿Qué residuos se producen en casa? ¿Y en el colegio?
Si bien las respuestas pueden variar, se espera que los estudiantes sean capaces de diferenciar los re-siduos que pueden ser reciclados o reutilizados de aquellos que no pueden ser aprovechados.
Página 130¿Qué se hace con los residuos en mi ciudad?, ¿to-dos los residuos van al mismo lugar?
Estas preguntas pueden utilizarse como disparador de un trabajo de investigación dirigida que utilice los conceptos trabajados en el capítulo y los relacio-ne con las instituciones y con la organización en el sitio de residencia de los estudiantes.
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¿Cómo es la gestión del agua servida que se elimi-na de los inodoros?
En las grandes ciudades, las aguas servidas circulan por redes de cañerías llamadas redes cloacales hasta llegar a plantas industriales donde, luego de ser so-metidas a diferentes tratamientos, son devueltas al río o a la fuente de agua que se utilice en la ciudad. En muchos lugares, estas redes cloacales no existen y el agua servida va directamente al pozo, que, como su nombre lo indica, es una excavación debajo del suelo del baño. El agua que se acumula en los pozos debe ser vaciada regularmente. Esta tarea la reali-zan empresas especializadas, que mediante unos vehículos llamados camiones atmosféricos, extraen el agua de los pozos y la llevan a plantas depuradoras.
Página 131¿El metal que encontraron Nahuel y Damián podría ser chatarra espacial?
Sí.
Una enorme bola de basura
1. No estamos lejos de vivir una crisis respecto de la gestión de los residuos. Solo por dar un ejemplo, a fines de 2014, un estudio científico estimó la can-tidad de trozos de plástico en el océano en 5,25 billones, con un peso de unas 270.000 toneladas.
2. Mandar los residuos al espacio no es por el mo-mento una solución viable. Por un lado, sería muy caro y la cantidad de residuos generados al día por los seres humanos en el mundo es muchísimo mayor que la capacidad actual para enviar cargas al espacio. Por otro lado, si enviá-semos residuos peligrosos, como los radiactivos, las posibilidades de accidentes durante los lan-zamientos implicaría correr grandes riesgos. Fi-nalmente, habría que tener en cuenta que llevar residuos al espacio en gran escala podría afectar el equilibrio natural del planeta.
3. Reciclar y reutilizar es una de las formas más eficientes y sustentables de lidiar con el proble-ma de la basura y la gestión de residuos.
Página 132Si no se arrojan a la basura los materiales recicla-bles y los orgánicos, ¿qué residuos quedan?
No quedan, prácticamente, residuos.
Plaqueta programa de reciclado de la Fundación del Hospital de Pediatría Garrahan
1. Porque contribuye tanto a generar recursos para la institución como a fomentar la participación ciudadana, la toma de conciencia y el reciclaje y reutilización de residuos.
2. Producción personal de los estudiantes.
3. Para hacer una tonelada de papel se requieren aproximadamente entre 2 y 3,5 toneladas de ár-boles. Hasta 2014, se juntaron 75.000 toneladas de papel, por lo que, si consideramos que en pro-medio se utilizan 2,5 toneladas de árboles para hacer papel, se ahorraron 30.000 toneladas de árboles. Esta cantidad puede variar según la ca-lidad del papel que se quiere obtener.
Página 133Notas de laboratorio. Experiencia n.° 9
1. 86,7%.
2. Intercambio grupal de los estudiantes.
3. Estas preguntas permiten analizar y debatir con los estudiantes los hábitos de vida y la gestión de residuos en ámbitos rurales y urbanos.
4. Producción personal de los estudiantes.
En http://bit.ly/EDVCN133 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 134¿Qué tipo de energía renovable podría emplearse en mi ciudad? ¿Se está utilizando algún tipo de energía renovable?
Estas preguntas permiten analizar aspectos cien-tíficos en los contextos sociales y culturales de los estudiantes y, así, explicitar las redes de relaciones entre la ciencia, la tecnología y la sociedad.
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Página 135Actividades de repaso
1. a. geosfera. b. biosfera. c. atmósfera. d. geosfera. e. biosfera. f. biosfera. g. geosfera. h. biosfera.
2. y 3. Producción personal de los estudiantes.
4. El agua es generalmente considerada un recurso renovable, ya que si se la utilizara de forma con-trolada, su existencia no se vería condicionada. Sin embargo, es interesante trabajar con los es-tudiantes si el consumo actual de agua a nivel planetario es realmente controlado y abrir el de-bate sobre una posible crisis del agua y su posi-ble recategorización como recurso no renovable.
5. Plásticos: el tiempo de degradación depende del tipo de plástico que se considere. En promedio, entre cien y mil años. Algunos plásticos, como el polipropileno, que se utiliza, por ejemplo, para fabricar vasos descartables, poseen una estruc-tura molecular no degradable. Vidrios: pueden tardar cuatro mil años en degradarse. Metales: las latas, por ejemplo, tienen un tiempo prome-dio de degradación de 10 años. Al ser depositados en rellenos sanitarios y basurales a cielo abierto, este tipo de residuos producen contaminación y afectan el equilibrio del suelo y su biota.
6. La quema de residuos es una práctica que ya no se realiza en las ciudades y no es recomendable, ya que la combustión produce residuos quími-cos potencialmente tóxicos y contaminantes, y cenizas que, al quedar en suspensión en las go-tas de agua de la atmósfera, producen smog.
7. a. Se utilizan petróleo y gas como principales fuen-tes de energía. Ambos recursos son no renovables.
b . Producción personal de los estudiantes.
8. a. Reciclado. b. Reducción de consumo. c. Reduc-ción de consumo. d. Reutilización. e. Reutilización.
9. Algunas posibles respuestas son: a. Energía eóli-ca, hidráulica o radiante. b. Hidrocarburos en ge-neral. c. Energía eólica. d. Energía nuclear, eólica, hidráulica, petróleo.
Página 136Actividades de integración
1. a. La Tierra llegó a ese estado porque las personas
generaron grandes cantidades de basura, que no se reciclaba ni reutilizaba.
b . Las personas podrían haber separado los resi-duos, reducido la cantidad de residuos produci-dos, reciclado y reutilizado.
c . En Futurama también se plantea una situa-ción en la que la cantidad de residuos que produ-ce la población hace que las ciudades colapsen. La diferencia reside en lo que se hace en cada caso con los residuos.
d . Las personas viven en un mundo muy tecnifica-do; no caminan, sino que se desplazan en sillas que levitan; tienen sobrepeso, y no viven al aire libre.
e . y f. Producción personal de los estudiantes.
2. La chatarra espacial es peligrosa tanto cuando se encuentra en órbita como al caer a la Tierra. En órbita, la chatarra se mueve a grandes velocidades, por lo que pueden ocurrir colisiones que produz-can fragmentos. Estos fragmentos pueden impac-tar contra otros objetos en órbita o caer a la Tierra. Al caer a la Tierra, en algunos casos, podrían llegar a ocasionar daños materiales o a las personas.
3. Damián y Nahuel pensaron que el material encon-trado puede ser chatarra espacial porque es un ma-terial metálico y porque saben que hay un montón de chatarra orbitando en el espacio y que esta cha-tarra puede caer a la Tierra. El material que encon-traron es manufacturado, se obtiene de la corteza terrestre (geosfera) y es un recurso no renovable.
4. Se espera que los estudiantes lleguen a la conclu-sión de que no es posible reciclar la chatarra espacial porque es difícil traerla desde el espacio y porque seguramente haya sufrido un desgaste tan grande que no sea posible su reutilización o reciclado.
5. Algunas posibles respuestas son que se podrían hacer acuerdos internacionales que regularan la cantidad de objetos que cada país envía al espa-cio y que se podrían proponer misiones de resca-te para la chatarra espacial.
6. Producción personal de los estudiantes.
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• Los seres vivos pueden ser estudiados como sis-temas abiertos, porque intercambian materiales, energía e información con el medio interno o ex-terno, y así mantienen las condiciones de equilibrio.
• Los seres vivos están compuestos por una o más célu-las; intercambian materiales, energía e información a través de procesos como la respiración, la excreción y el movimiento; cambian en el tiempo por crecimiento y desarrollo; regulan su medio interno; son autopoié-ticos; responden a estímulos; poseen la capacidad de reproducirse; y se relacionan con el ambiente.
• Para estudiar a los seres vivos se pueden estable-cer distintos niveles de análisis, llamados niveles de organización.
• Es posible clasificar a los seres vivos considerando
su organización, características morfológicas y ti-pos de células que los componen.
• Los seres vivos se relacionan con el ambiente y presentan adaptaciones morfológicas, funcionales y de comportamiento. El ambiente externo plantea condiciones ventajosas o desventajosas (restric-ciones) que permiten o dificultan la supervivencia de individuos, y de especies. Esta supervivencia diferencial permite que las especies cambien o se diversifiquen a lo largo de las generaciones.
• La clasificación de los seres vivos es un modo de ordenar la diversidad. Los criterios pueden modi-ficarse de acuerdo con los propósitos de la clasifi-cación o los conocimientos que se poseen.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 9. Unidad y diversidad de la vida
Introducción
Uno de los modelos fundamentales de la biología es el de ser vivo. Este modelo permite comprender los aspectos morfológicos y funcionales que caracterizan, describen y explican cómo son los seres vivos y cuáles son sus componentes y sus propiedades esenciales. Una de las propiedades básicas de los seres vivos es su estructura celular. Sin embargo, esta es una idea difícil de entender, pues no se deriva de la evidencia o la observación cotidiana. Si bien se menciona en nu-merosas oportunidades en la enseñanza de las ciencias naturales, no siempre queda claro si los alumnos comprenden, por ejemplo, qué significa que la célula es la unidad estructural o funcional de los seres vivos.
Relacionar el funcionamiento del ser vivo con su estructura celular (es decir, analogar las funciones celulares con las que se producen en el ser vivo) permite dotar de significado a la expresión unidad estructural y funcional. Para ello, se pue-den tomar ejemplos de procesos que ocurren a nivel del organismo y hallar su análogo en las células, los tejidos o los órganos. Por ejemplo, los seres humanos captamos la luz a través de los ojos, que son órganos; pero un paramecio, que es un organismo unicelular, también posee estructuras en su membrana que le permiten captar las variaciones en la radiación.
Por otra parte, uno de los objetivos de esta unidad es que los estudiantes conoz-can las características que comparten los seres vivos, y que las puedan relacio-nar con los procesos a nivel fisiológico, como el metabolismo o la reproducción, pero también con las respuestas a los cambios externos y con los procesos que ocurren en niveles de organización superiores al ser vivo. Es decir que uno de los objetivos de la unidad es que ellos comprendan cómo las adaptaciones y cambios evolutivos han dado origen a la biodiversidad actual. El conocimiento de estas características facilitará la comprensión de los criterios que subyacen a las diferentes formas de clasificar a los seres vivos.
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
Página 142¿Estos elementos serán los mismos que forman el resto del Universo?
Los elementos químicos que componen los seres vi-vos son los mismos que componen el resto del Uni-verso, pero lo que varían son sus proporciones y su organización.
¿Habrá vida extraterrestre compuesta por elemen-tos CHONP?
Aún no tenemos una respuesta a la pregunta de si exis-te o no vida fuera de la Tierra. Si existiera, podemos su-poner que estará compuesta también por los elementos CHONP, aunque por el momento no podemos saberlo.
Página 144¿Sistema tiene el mismo significado en química, física, astronomía y biología? ¿Y ambiente?
Sistema tiene el mismo significado en las cuatro dis-ciplinas, ya que hace referencia a la porción arbitra-ria que se define para el estudio. Sin embargo, ten-drá diferentes características y alcance.Ambiente es un término polisémico; no tiene el mis-mo significado en física, química, biología o astro-nomía. En ciencias naturales, específicamente en el estudio de los seres vivos, el significado de ambiente se diferencia del uso que se hace en las demás disci-plinas. Hace referencia al hábitat o entorno.
¿Cada uno de mis compañeros es como un sistema abierto?
Mis compañeros no son como sistemas abiertos sino que pueden ser estudiados como si lo fueran. En este punto es importante destacar que el docen-te debe recuperar la idea de que se está trabajando con una analogía y establecer los parámetros en los cuales el análogo se diferencia del objeto de estudio.
Página 145Notas de laboratorio. Experiencia n.° 10.
1. Es importante invitar a los estudiantes a descri-bir brevemente las respuestas que esperan de la experiencia, por ejemplo, qué creen que pasará cuando se realicen pruebas con diferentes estímu-
los. Deberían ser proposiciones sencillas del tipo, como “cuando se ilumine la lombriz con la linter-na, esperamos que se aleje de la fuente de luz”.
2. Los seres vivos reaccionan frente a la información que reciben del ambiente. Esa información les per-mite obtener alimento o evitar sustancias tóxicas.
3. No, las respuestas varían de acuerdo con el ser vivo y el ambiente. La forma de probarlo sería analizar cómo responden diferentes seres vivos a un mismo estímulo.
En http://bit.ly/EDVCN145 se encuentra disponible el vídeo que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 146¿Qué sistemas participan de la nutrición en los seres humanos?
La función de nutrición en los seres vivos emerge de diferentes procesos, como la ingestión, la diges-tión, la ventilación, la respiración, la circulación y la excreción. Cuando se estudia a los seres vivos de forma sistémica, es decir, como si fueran sistemas, se pueden establecer subsistemas de análisis: sistema respiratorio, circulatorio, excretor, etc.
Página 147 ¿Habrá un ser vivo que se reproduzca asexualmen-te y tenga aspecto de “moco”?
Sí, los mohos mucilaginososos.
¿En qué molécula se encuentra la información que se transmite en la reproducción? ¿Esta información está en todas las células del individuo?
La información está en una molécula conocida como ADN, que en los individuos eucariotas se encuentra en el núcleo y en los procariotas en el citoplasma. La in-formación es la misma en todas las células con núcleo.
Página 148A 40 años de la autopoiesis de Maturana¿De qué manera se producen a sí mismos los seres vivos?
Los seres vivos se autoproducen a través del metabo-lismo, que incluye el conjunto de reacciones químicas que les permiten sintetizar los materiales que requieren
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para realizar sus procesos, y reparar o producir sus componentes. Los reactivos necesarios provienen del medio: pueden ser otros seres vivos o materiales inor-gánicos y energía. Por eso son dinámicos y cíclicos.
Página 149 Diario de viaje de Darwin en el Beagle¿Cómo se explica la similitud entre los seres vivos de las islas y los del continente más cercano? ¿Qué fac-tores están involucrados en la aparición de diferen-cias entre poblaciones que eran inicialmente iguales?
Las variaciones en los individuos pueden aparecer de-bido al proceso de reproducción sexual o por azar. En una generación, algunos individuos pueden ser leve-mente diferentes. Si esos individuos quedan aislados reproductivamente, esas diferencias pueden incre-mentarse a lo largo de las generaciones. Cuanto me-nor sea el número de generaciones, menores pueden ser las diferencias. Es por eso que los pinzones del con-tinente son semejantes a los de las islas. Son lejanos en espacio, pero cercanos evolutivamente hablando.
Página 151Consumo, publicidad y seres vivos
1. Es muy importante para los seres humanos la conservación de la diversidad porque a partir de otros seres vivos nos alimentamos y elaboramos diversos productos. Es interesante discutir tam-bién cómo la modificación del hábitat, el calen-tamiento global o el sobrepastoreo, entre otros efectos antrópicos, modifican la biodiversidad.
2. y 3. En la resolución de estas consignas, es nece-sario guiar el análisis de los alumnos en el senti-do que ofrece el ejemplo del libro: identificando si son posibles los beneficios que prometen en las publicidades y promoviendo las argumentaciones acerca de posibles engaños a los consumidores.
Página 152 ¿Cómo se podrá clasificar un material desconocido como el “moco” gelatinoso?
Para clasificar el “moco” gelatinoso o cualquier mate-rial que sospechemos que es un ser vivo, es necesario primero identificar las características propias de los organismos: si está formado por células; si se puede
identificar algún intercambio de materiales, energía o información y si se manifiesta algún cambio ante es-tímulos del ambiente. Luego de reconocer su calidad de ser vivo, sería necesario establecer criterios para ubicarlo en el dominio y reino a los que pertenece.
Página 153 ¿En qué criterio se basa la clasificación de la bio-diversidad hoy en día?
La clasificación de la biodiversidad se basa actual-mente en ciertas características de las células que los forman, como la presencia de núcleo y membra-na nuclear, la presencia de organelas celulares, y las características de los ribosomas y sus subunidades.
Página 154¿Qué características serían las primeras en eva-luarse en un material extraño para comprobar si se trata de un ser vivo?
La primera característica es la composición celular y cómo son sus células. Luego, hay que profundizar en cómo se organizan esas células y en las funcio-nes que se desarrollan en el ser vivo.
Página 155 Actividades de repaso
1. a. Incorrecta. Los elementos y compuestos que forman los seres vivos son los mismos que con-forman el universo, lo que cambia es su distribu-ción y proporción.b . Incorrecta. No todos los seres vivos presentan órganos, por ejemplo, algunos solo son células o están formados solo por tejidos, no organizados en órganos.c . Incorrecta. Los tejidos están formados por célu-las del mismo tipo que funcionan conjuntamente.
d . Incorrecta. Todos los seres vivos perciben los cambios en el ambiente (estímulos) y responden a ellos de diferentes maneras.
e . Correcta.
f . Incorrecta. Homeostasis es un conjunto de procesos que mantienen estable el medio inter-no, pero no se trata de mecanismos.
g . Incorrecta. Los seres vivos en algunos casos se
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Solucionario
alejan y en otros se acercan a los estímulos que reciben del ambiente.
2. a. Tisular. b. Orgánico. c. y d.
3. a. y b. Vegetales: Sexual y asexual. Los vegetales son organismos que se reproducen tanto sexual como asexualmente y tienen ciclos de vida com-plejos en los que alternan fases de reproducción tanto sexual como asexual.
b . Felinos. Sexual.
c . Levaduras. Asexual (por gemación).
4. Producción personal de los estudiantes.
5. Es importante aclarar con los estudiantes que exis-ten varios modos de agrupamiento. Por ejemplo:
Eucariota y protistas. Los protistas presentan cé-lulas con núcleo y son eucariotas.
Procariota y arqueas. Una de las características de las arqueas es la de ser procariotas.
Bacterias y material genético. Las bacterias pre-sentan el material genético libre en el citoplasma.
6. a. Las adaptaciones son características ventajo-sas que se fijan en una población mediante se-lección natural.
b . La biodiversidad incluye a todas las especies del presente y las que vivieron en el pasado.
c . Se estima que los humanos conocemos me-nos de un quinto de las especies del planeta.
7. a. La palmera y la arquea morfológicamente se asemejan porque tienen material genético y es-tán formados por células. Funcionalmente son autopoiéticos, se adaptan a las modificaciones del ambiente y pueden ser estudiados como sis-temas abiertos. La ballena y el delfín son plu-ricelulares, sus células son eucariotas, poseen órganos y son autopoiéticos.b . Los seres vivos adquieren la capacidad de reproducirse luego de completar su desarrollo, cuando alcanzan la madurez sexual.
c . La ventaja de la reproducción sexual es la diversi-dad que se genera debido a la variabilidad, que me-jora las propiedades adaptativas de los individuos y favorece la resistencia a factores ambientales. Resulta desventajosa la demanda energética que involucran el período de apareamiento y la cópula.
8. Selva - pastizal - mar - desierto.
a . Algunos ambientes tienen mayor diversidad que otros debido a las posibilidades adaptativas que ofre-cen: mayor energía disponible, agua y nutrientes.
b . En los ambientes más diversos, los seres vivos tienen adaptaciones más específicas. La compe-tencia aumenta la presión de selección y sobrevi-ven, entonces, los organismos mejor adaptados.
Página 156Actividades de integración
1. a. Los virus se parecen a los seres vivos, pues po-seen material genético y pueden reproducirse. Sin embargo, no tienen las estructuras necesarias para generar copias de sí mismos y deben usar, para ello, las células de otros seres vivos. Por eso, algunos autores los consideran parásitos intrace-lulares obligados, ya que no pueden desarrollar sus funciones de manera independiente. Otros autores, por esta razón, no los consideran seres vivos, sino agregados moleculares complejos.
b . Si pensamos en la célula como la unidad fisio-lógica y morfológica de los seres vivos, entonces los virus no serían seres vivos.
c . Molecular.
2. a. Sí, se trataría de un ser vivo porque está for-mado por células. b. Pueden reconocerse células.
c . Se trata de un hongo y pertenece al dominio Eukarya. Tienen material genético dentro del nú-cleo y organelas con funciones específicas.
d . Esperaríamos que el organismo presente un ciclo de vida, pueda reproducirse, sea homeostá-tico y se autoproduzca.
3. Presencia de células. Observación al microscopio para detectar la presencia de células.
Intercambio de materia y energía. Elaborar una investigación para hallar qué sustancias toma del medio y qué tipo de nutrición presenta.
Crecimiento y tasa de crecimiento. Demarcar una superficie y tomar fotografías a tiempos es-tablecidos que pongan en evidencia si crece y cuál es la tasa de crecimiento.Sustancias que pueden afectarlo. Por ejemplo, agregar agua oxigenada, alcohol y otras sustancias.
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• La nutrición autótrofa es el conjunto de procesos a través de los cuales ciertos seres vivos produ-cen los materiales necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida.
• Entre los organismos autótrofos se pueden dife-renciar los fotoautótrofos (usan la luz como fuen-te de energía) y los quimioautótrofos (usan ener-gía obtenida de reacciones químicas).
• La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa en la que las plantas, algunas bacterias y algunos protistas producen nutrientes a partir del dióxi-do de carbono del aire y el agua. En este proceso, utilizan la energía radiante y producen oxígeno
como sustancia de desecho.• En la fotosíntesis, la energía radiante es capta-
da por un pigmento llamado clorofila, que, en las plantas, se encuentra dentro de las células en estructuras llamadas cloroplastos. La clorofila les otorga a las plantas su característico color verde.
• Además de clorofila, los organismos fotosintéti-cos poseen otros pigmentos que participan en la captación de la energía lumínica, como las xanto-filas, los carotenoides y las ficobilinas.
• Hay protistas autótrofos, como las algas que forman parte del plancton y algunas bacterias fotosintetizadoras.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 10. Los seres vivos autótrofos
Introducción
Esta unidad aborda la función de nutrición en los seres vivos autótrofos. La nu-trición es un conjunto de procesos a través de los cuales los seres vivos produ-cen o incorporan los nutrientes necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. En el caso de los animales, existen evidencias de esos procesos en la vida cotidiana, pero en el caso de las plantas u otros organismos autótrofos, resulta menos evidente. Algunos obstáculos relacionados con la fotosíntesis de las plantas son que no se considera a la clorofila ni al dióxido de carbono como parte del proceso y que se prioriza la importancia de la producción de oxígeno (que es, en realidad, el producto de excreción) por sobre la de hidratos de carbo-no (nutrientes). Además, muchos estudiantes piensan que las plantas respiran de noche y fotosintetizan de día, y consideran que en la respiración las plantas incorporan dióxido de carbono y liberan oxígeno. Estas ideas son muy persis-tentes en los estudiantes, por lo que se recomienda planificar actividades que permitan contraponerlas con los modelos explicativos de la ciencia.
El foco didáctico del capítulo es el desarrollo de experimentos y el análisis de eventos de la historia de la ciencia que pongan en cuestión las concepciones o errores de los alumnos para comprender algunos aspectos del proceso de nu-trición en plantas, algas y procariotas. La historia de la ciencia contribuye a develar aspectos de la ciencia misma, y permite conocer el contexto en el que surge una predicción y comprender las claves interpretativas que dan sentido a los datos y teorías. Además, contribuye a formar una visión epistemológicamen-te válida de la ciencia y la explicación científica. El trabajo con experimentos epítomes como los de Jan Baptiste van Helmont (1579-1644), Charles Darwin (1809-1882) y Francis Darwin (1848-1925), Joseph Priestley (1733-1804) y Jan In-genhousz (1730-1799) permite la elaboración de predicciones o conclusiones y el uso del lenguaje como mediador en el conocimiento. En este caso, se contri-buye con la elaboración de textos explicativos, donde se ordenan determinados hechos según una relación que, en general, es de causa efecto.
CIENCIAS NATURALES
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Solucionario
Página 158¿Qué características comparten las plantas, rela-cionadas con su nutrición?
Todas las plantas requieren de una fuente de energía para la síntesis, y una fuente de carbono y de hidrógeno.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 11
1. No. Van Helmont omitió el aire, la energía ra-diante y los minerales presentes en el suelo.
2. Podría comprobarse aislando a la planta, por ejemplo, en una campana de vidrio y utilizando sensores que midan la concentración de gases atmosféricos. También analizando la presencia de nitritos y nitratos, el pH, etc.
En http://bit.ly/EDVCN158 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 159¿Qué proceso requiere el consumo de O2 y la libe-ración de CO2? ¿Es posible que las plantas solo lo realicen en oscuridad? ¿Cómo se explican los resultados de Ingenhousz?
La respiración celular.
No, las plantas respiran durante todo el día.
Ingenhousz no consideró que la fotosíntesis produz-ca mayor cantidad de oxígeno que el que consume la planta. En ausencia de luz, el CO2 se libera en la respiración y no se fija en la fotosíntesis, por lo que su concentración aumenta.
¿Cuál es la importancia de la fotosíntesis para las plantas?, ¿y para el resto de los seres vivos?
La fotosíntesis les permite a las plantas sintetizar los hidratos de carbono (glucosa, principalmente) que in-tervendrán luego en la producción de energía quími-ca celular. Los seres vivos no fotosintéticos no pueden realizar esta síntesis, por lo que deben incorporar la glucosa a través de los alimentos. Entonces, los heteró-trofos obtienen energía química de los autótrofos.
¿Qué diferencias puede haber entre dos partes de una misma planta, una más verde y otra menos verde?
Los colores dependen de la cantidad y calidad de
pigmentos, y de ellos depende la captación de ener-gía. Las partes con verdes más intensos poseen mayor cantidad de pigmentos y captan más energía radiante.
Página 160¿Qué significa que los autótrofos se “autoalimen-tan”? ¿Estos seres vivos actúan como sistemas abiertos? ¿Por qué?
En realidad, los autótrofos no se alimentan, ya que alimentarse es el acto voluntario de incorporar ali-mentos. Por eso, la expresión está entrecomillada. Los autótrofos son aquellos que pueden producir sus nutrientes. Pueden ser estudiados como siste-mas abiertos ya que intercambian materiales, ener-gía e información con el medio.
Página 161¿Qué tipo de seres vivos son los dinoflagelados? ¿Por qué se llamará “marea roja” a la intoxicación producida por estos organismos?
Los dinoflagelados son un tipo de protistas. Son unice-lulares y marinos, y poseen dos flagelos. La intoxica-ción producida por estos organismos se llama marea roja porque la provocan dinoflagelados de color rojizo.
Página 164¿Cómo podría resumirse el proceso de las bacte-rias metanógenas en una fórmula como la de la fotosíntesis?
CO2 + 4H2 CH4 + 2 H2O
Página 165¿Qué elementos los componen?
Hidratos de carbono: hidrógeno, oxígeno, carbono. Proteínas: nitrógeno, oxígeno, carbono e hidrógeno. Lípidos: oxígeno, carbono, hidrógeno. Ácidos nuclei-cos: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno y fósforo.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 12
1. Sí, porque nos aseguramos de que el crecimiento responde a las variables medidas. Algunos com-puestos presentes en el suelo, en cambio, po-drían hacer que los resultados varíen.
2. Se puede concluir que el agregado de fertilizante aumenta la altura, el peso y la cantidad de cloro-
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fila de las plantas. Por eso, podemos afirmar que el fertilizante provee de las sustancias que las plantas requieren para crecer.
3. Si en los círculos había hongos, podemos pensar que los descomponedores proveen de algunas sustancias requeridas por los vegetales o que al-guien vertió fertilizante de manera diferencial.
En http://bit.ly/EDVCN165 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 166¿Con qué sistema de órganos de los animales pueden compararse el xilema y el floema de las plantas?
Pueden homologarse con los componentes que inter-vienen en el transporte: arterias, venas y capilares.
Página 167¿Las algas tendrán cutícula? ¿Por qué?
Las algas no poseen cutícula. En el marco de la teoría sintética de la evolución, podemos inferir que, al vivir en el medio acuático, donde la pérdida de agua no es un factor determinante para la supervivencia, el no poseer una estructura formada por sustancias sero-sas, como la cutícula, que evita la pérdida de agua y la deshidratación, no se constituye en una característica adaptativa. Es importante trabajar estas nociones en profundidad ya que, muchas veces, desde el lenguaje común tendemos a analizar las características de los seres vivos de forma finalista: “como vive en el medio acuático no necesita cutícula, y por eso no la tiene”.
Página 168¿Qué estímulos relacionados con la nutrición captan las plantas?
Captan estímulos lumínicos e hídricos.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 13
1. Producción personal de los estudiantes.
2. La hipótesis se cumplió porque se comprobó que si se tapa el ápice, el tallo no se curva.
3. Sí, en zonas de selvas o bosques, se observa el cre-cimiento diferencial del sotobosque hacia la luz.
En http://bit.ly/EDVCN168 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 170¿Qué nos indica que una planta está en crecimiento?
La activación de las yemas foliares y axiales.
¿Y en periodo reproductivo?
La activación de las yemas florales, y la formación de flores y frutos.
¿Con qué función están relacionados los órganos que mueren durante la latencia? ¿Por qué?
Se relacionan con varias funciones. Una de ellas es la respuesta a estímulos, ya que las modificaciones del ambiente le indican a la planta que disminuirá la tem-peratura y entonces se reduce el metabolismo y tam-bién el crecimiento. Otra es la nutrición, ya que el grado o intensidad de la insolación no serán suficientes para realizar la fotosíntesis y la tasa metabólica disminuirá.
Página 171Actividades de repaso
1. En la fotosíntesis, las plantas producen sus nu-trientes a partir de la energía de la luz, y, como desecho, liberan oxígeno al ambiente. La energía lumínica es captada por la clorofila, un pigmen-to verde que se encuentra en los cloroplastos de todas las células vegetales.
2. a. Fotosíntesis: Proceso por el que las plantas pro-ducen nutrientes a partir de materiales inorgáni-cos, como H2O y CO2, y energía lumínica. Requiere clorofila. Quimiosíntesis: Proceso por el que cier-tas bacterias producen sus nutrientes utilizando la energía que se desprende de ciertas reaccio-nes químicas. No requiere clorofila. La diferencia principal entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis es la fuente de energía utilizada.
b . Los protistas unicelulares son seres vivos for-mados por una sola célula eucariota. En cambio, las bacterias son seres vivos procariotas.
c . Los protistas pluricelulares son individuos mul-ticelulares eucariotas que presentan coloraciones
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pardas, rojas o verdes; en muchos casos, los colores enmascaran la clorofila. Son capaces de absorber la luz verde, violeta o azul, que llega a zonas pro-fundas del mar. Las plantas, en cambio, son orga-nismos pluricelulares eucariotas que presentan coloraciones mayormente verdes debido a que en ella predominan los pigmentos de ese color.
d . La clorofila es un pigmento verde; el caroteno, en cambio, es naranja, rojo o amarillo.
3. a. La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótro-fa.b. La quimiosíntesis requiere energía de las reacciones químicas. c. Los receptores son los mediadores en la respuesta a estímulos.
4. a. y b. Producción personal de los estudiantes.
5. a. Incorrecta. Como todo ser vivo, las plantas respi-ran. b. Correcta. c. Incorrecta. Las algas consumen oxígeno en la respiración y, si son algas fotosinté-ticas, también lo producen. Las cianobacterias lo producen, como excreción, en la fotosíntesis. d. In-correcta. Son reacciones rápidas ante un estímulo.
6. a. Necesitan compuestos químicos, como agua, dióxido de carbono y clorofila, y energía lumínica.
b . Actúan como productores y fijan compuestos carbonados. Inician las cadenas tróficas.
c . Durante mucho tiempo se clasificó a las al-gas fotosintéticas junto con las plantas. Actual-mente, se incorporan en el grupo de los protistas, en el cual se incluyen organismos muy diversos (por ejemplo, algas y amebas), pero que no com-parten las características distintivas de los otros grupos. Por otra parte, para poder clasificar a las algas en el grupo protistas marinos es necesario que su hábitat sea un cuerpo de agua salada.
7. Las plantas reaccionan a los estímulos mediante di-versas respuestas, como el crecimiento o las nastias. Por ejemplo, las raíces presentan geotropismo posi-tivo, es decir que crecen, por así decirlo, orientadas al centro de la Tierra. Los tallos y hojas, en cambio, tienen geotropismo negativo, porque su crecimien-to se orienta en contra de la atracción gravitatoria.
8.
Actividades de integración
1. a. Las diferencias podrían explicarse como zo-nas con diferente disponibilidad de nutrientes.b . Hipótesis: el crecimiento diferencial de pasto se debe a la mayor disponibilidad de nutrientes.Explicación 1: En la zona donde se observa ma-yor altura del pasto se agregó fertilizante.Explicación 2: En la zona crecen hongos que des-componen materiales y liberan nutrientes que pueden ser utilizados por las plantas.No es posible dar una explicación certera sobre la forma circular, si bien existen evidencias de que los hongos tienen crecimientos de ese tipo.Comprobaciones, se podrían recoger muestras del suelo y realizar pruebas para detectar la presencia de fertilizantes; se puede investigar cuáles son los nutrientes que el pasto requiere y realizar un cul-tivo en hidropónica con esos nutrientes; se puede tratar de identificar la presencia de hongos y, de encontrarlos, investigar cuál es su dieta y qué pro-ductos de desecho generan.
2. a. La combustión es una reacción que utiliza O2 y un material comburente (parafina, en el caso de la vela) y produce CO2 si la combustión es completa o CO2, CO y C si es incompleta.b . Porque ambos consumen el oxígeno disponi-ble en el interior de la campana.
c . Fotosíntesis y respiración. Como resultado de la respiración, produce dióxido de carbono, que usa en la fotosíntesis. Durante la fotosíntesis elimina oxí-geno que usa en la respiración.d . Los fotoautótrofos son productores de hidra-tos de carbono (materia orgánica) y liberan oxí-geno como producto de desecho, por ello su rol en el ecosistema es tan importante.
3. Producción personal de los estudiantes.
4. a. La luz. Lo perciben los fotorreceptores, que se lo-calizan en el extremo de los tallos (ápices). b. Se trata de un tropismo, porque es más lento, implica creci-miento o elongación y depende de la dirección del estímulo. c. Porque estimula el crecimiento hacia el recurso que resulta limitante (luz, en el caso de los
Plantas Algas Bacterias fotosintéticas
Bacterias qui-miosintéticas
¿Utilizan CO2? Sí Sí Sí No
¿Producen O2? Sí Sí Sí No
¿Tienen cloroplastos? Sí En algunos
casos No No
Plantas Algas Bacterias fotosintéticas
Bacterias qui-miosintéticas
¿Poseen clorofila? Sí Sí Sí No
¿Tienen tejidos de conducción?
Sí, algunas No No No
¿Responden a los estímulos del ambiente?
Sí Sí Sí Sí
tallos y las hojas; agua, en el de las raíces).48
• La nutrición heterótrofa es el conjunto de procesos a través de los cuales los seres vivos obtienen y pro-cesan los materiales necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. Para ello, toman nutrien-tes o materiales que otros seres vivos producen.
• En la digestión, los alimentos experimentan una serie de procesos físicos y químicos, ya que no pueden ser aprovechados tal como son ingeridos.
• En los animales, la nutrición heterótrofa involucra procesos como la captación, transformación, asi-milación y eliminación. El proceso es secuencial.
• En los vertebrados, se observan diferencias muy marcadas entre los herbívoros y los carnívoros (es-tructuras bucales, longitud del tubo digestivo, etc.).
• El análisis de las estructuras bucales de los in-vertebrados permite inferir la forma de alimen-tación y su ciclo de vida.
• Entre los hongos, el tipo más común de nutrición es la saprobia. También existen algunos grupos parásitos y simbiontes.
• Entre las bacterias heterótrofas, algunas degra-dan materiales que pueden incorporarse al suelo y tienen una función muy importante en el eco-sistema. Otras son heterótrofas parásitas o pa-tógenas. También hay heterótrofas simbiontes, como las que degradan la celulosa en los órganos digestivos de los rumiantes.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 11. Los seres vivos heterótrofos
Introducción
En esta unidad, se completa el tratamiento de los tipos de nutrición en los seres vivos y se amplía el conocimiento sobre la biodiversidad biológica. En general, la diversidad se estudia solo a partir de las características morfológicas, pero, en este caso, se muestran las características estructurales relacionadas con la función que cumplen en la nutrición.
En el caso de los animales vertebrados, los estudiantes seguramente hayan ob-servado estructuras bucales o de otros tipos usadas en la nutrición. En cambio, en el caso de los invertebrados, protistas, hongos y bacterias, no son tan eviden-tes los tipos de nutrición, las estructuras empleadas y los procesos que se reali-zan. Por eso, el conocimiento de los tipos de nutrición heterótrofa está orientado a establecer relaciones estructura-función.
Otro de los objetivos del capítulo es que los estudiantes diferencien los tipos de nutrición heterótrofa en cuanto a los materiales que se incorporan, las estructuras y estrategias involucradas en su procesamiento y transformación, y sus produc-tos. También se propone el análisis de las relaciones de ciertos heterótrofos con el ambiente, y, particularmente, con el organismo humano; es el caso, por ejemplo, de heterótrofos perjudiciales por su efecto directo sobre el cuerpo o por la produc-ción de toxinas que alteran el funcionamiento del individuo, y de microrganismos que se utilizan como control biológico o en la producción agroalimentaria.
El foco didáctico del capítulo es el planteo de experimentos y la visualización o ela-boración de esquemas y dibujos. Estas representaciones gráficas dan cuenta de las ideas o creencias personales de los alumnos y permiten evaluar la comprensión, ya que muchas veces muestran errores que no se manifiestan en el discurso oral. Por último, el planteo de experimentos permite abordar el ajuste de variables, el plan-teo de preguntas, y la elaboración y puesta a prueba de hipótesis.
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Página 173¿Cómo están formados los hongos? ¿Y los mohos mucilaginosos?
El objetivo de estas preguntas es relevar las con-cepciones alternativas de los estudiantes por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas váli-das al momento de su socialización.
Página 174¿Cuál es la diferencia entre la nutrición autótrofa y la heterótrofa?
En la nutrición autótrofa, los seres vivos sintetizan sus propios materiales orgánicos. En cambio, en la nutrición heterótrofa, se nutren de otros seres vivos o de las sustancias que ellos producen.
Página 175¿Qué otras diferencias poseen los carnívoros y los herbívoros?
En los herbívoros, se observan ciegos largos o expan-siones laterales de las paredes del intestino delgado en las que se reserva el alimento mientras se digiere. También se observan estómagos divididos en cavida-des. En los carnívoros, el tubo digestivo es más corto y presenta enzimas para degradar la carne y la grasa.
Página 176¿Cómo es la trompa de la mosca? ¿De qué se ali-mentan estos animales?
La mosca tiene sus piezas bucales modificadas en una probóscide con forma de trompa corta con dos almohadillas en los extremos. Estas almohadillas tienen canales por los que secreta saliva, con la que digiere parcialmente el alimento. Luego, lo succiona. La alimentación de las moscas depende tanto del momento del desarrollo como de la especie de mos-ca. Entre los alimentos más comunes se encuentran los vegetales, la materia fecal y los azúcares.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 14
1. Mosquito: las hembras son carnívoras y succionan sangre de la presa. Los machos son herbívoros y su dieta consiste en néctar, savia y jugos de frutas.Abeja: herbívora, consume polen y néctar.
Langosta: herbívora, corta hojas, tallos verdes y frutos. Mariposa: herbívora lamedora, succiona el néctar de las flores.
2. El picador-chupador corresponde al mosquito. Además de la probóscide por la que libera sus-tancias anticoagulantes y succiona la sangre, tiene unos estiletes con los que perfora la piel.El masticador corresponde a la langosta, que tiene piezas bucales fuertes con las que rompe las ho-jas y los tallos, y, luego, trituraros parcialmente (se alimenta de sustancias sólidas). La mariposa tiene un aparato bucal chupador, con una probóscide llamada espiritrompa, que se repliega hacia abajo de su cabeza. Se alimenta de néctar, que es una so-lución de agua y sacáridos. El masticador-lamedor corresponde a la abeja, que toma el néctar pero también el polen. Las mandíbulas están desarro-lladas y les sirven para trabajar y amasar el ali-mento sólido.
En http://bit.ly/EDVCN176 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 177¿Por qué será menos complejo digerir alimentos animales que vegetales?
La digestión es más compleja porque los alimentos vegetales contienen celulosa y lignina, que no pue-den ser degradadas por los animales.
Vacas mochileras para combatir el cambio climático
1. La población argentina es de 40 millones de habi-tantes. La de ganado vacuno, de 55 a 57 millones. Por tanto, hay más ganado vacuno que personas.
2. a. Guillermo Berra, médico veterinario del INTA, sostiene que la emisión de gases invernadero se mide en su equivalente en dióxido de carbono. Los 250.000 l de metano producido por los bovi-nos diariamente equivalen a lo que produce un automóvil en 50 km de recorrido.
b . El tipo de alimento que produce mayor meta-no es el más fibroso, menos digerible.
c . Resolución personal de los estudiantes.
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Página 178¿Existirán animales saprobios? ¿Y parásitos? ¿Y mutualistas?
Según algunos autores, las hienas y los buitres, co-nocidos como carroñeros, son considerados sapro-bios, al igual que las moscas. Por otra parte, existen diversos animales parásitos y mutualistas.
Página 179¿De qué maneras pueden afectar los protistas heterótrofos al ser humano? ¿Estas situaciones po-drían suceder con protistas autótrofos? ¿Por qué?
Los protistas heterótrofos requieren de carbohidra-tos y otras sustancias para sintetizar sus propios componentes, y el ser humano podría ser una fuen-te de esas sustancias. Podrían, entonces, parasitar sus células o producir toxinas como parte de su me-tabolismo. En el caso de los autótrofos, solo lo afec-tarían los productos de su metabolismo.
¿Cómo se verían los diferentes tipos de protistas heterótrofos al microscopio?
Actividad de resolución personal de los estudiantes.
Página 180¿Tendrá que ver con los síntomas del avión?
Actividad de resolución personal de los estudiantes.
¿Qué relaciones pueden tener las bacterias con otros seres vivos? ¿Cómo se caracterizan?
Las bacterias pueden actuar como parásitos o patóge-nos, y también pueden descomponer restos de seres vivos. Las bacterias patógenas causan enfermedades, como la tuberculosis o el tétanos. También deterioran los alimentos y pueden provocar intoxicaciones.
Página 181¿Qué es la digestión externa?
Es la que se produce fuera del cuerpo del organismo.
¿Qué tipos de nutrición heterótrofa presentan los hongos?
En general, son saprobios. Algunos son parásitos.
Página 182¿Cómo se diferencian los protistas unicelulares de las bacterias? ¿Y de los animales?
Los protistas unicelulares tienen núcleo y son de mayor tamaño. Los animales no son unicelulares.
Notas de laboratorio. Experiencia n.° 15
1. En el micelio del hongo. Se identifican por la pa-red celular.
2. Son heterótrofos; se nutren de materia orgánica.
En http://bit.ly/EDVCN182c se encuentra disponible el vi-deo que complementa esta actividad. Más recursos audio-visuales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 183¿Qué funciones cumplen los microorganismos del suelo?
Los microorganismos del suelo modifican la estructu-ra de las partículas que lo conforman, airean el suelo y le incorporan restos que desintegran y nutrientes re-sultado de la degradación de materiales. Algunos for-man nódulos en las raíces de las plantas y convierten el nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados.
Página 184¿Tendrá que ver con las alucinaciones de los pasa-jeros del avión donde viajaba María?
Es posible que la ingesta de alimentos con hongos o bacterias tenga efectos alucinógenos.
Página 185Actividades de repaso
1. Si fuera un zorro los dientes serían filosos y pun-zantes; la apertura de la boca, amplia; y las man-díbulas, poderosas. Si fuera una oveja los dientes serían planos, con forma de cubo y superficie ru-gosa y plana; la boca sería de menor apertura.
2. a. En la etapa de ingestión.
b . Los alimentos no pueden ser aprovechados tal como son ingeridos por su elevado tamaño y, en algunos casos, su escasa solubilidad. Por eso, deben ser degradados en los nutrientes que los constituyen. Esto ocurre en la digestión.
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c . Ingresaron como parte de los alimentos en la ingestión.
3. a. Caramelo. Si es solo azúcar, se tritura y disuel-ve. b. Lechuga. Se degradan algunas sustancias, se absorben el agua y los nutrientes, y se elimina la celulosa. c. Chicle. Según su composición. Solo se obtienen los hidratos de carbono solubles. d. Ci-ruela. Se absorbe la fibra soluble. La fibra insoluble no se degrada; se elimina con las heces. e. Fideos. Son rápidamente degradados por las amilasas y absorbidos en su totalidad. Si presentan fibra adi-cionada o son integrales, la digestión es más lenta.
4. Protista: Trypanosoma cruzi (parásito). Bacteria: Clamidia (saprobio), Clostridium tetani (parásito), Escherichia coli (mutualista). Hongo: Cándida (sa-probio), carbón del maíz (parásito), parabasálidos (mutualista). Animal: Mosca (saprobio), garrapata (parásito), termita (mutualista).
5. Existen varias posibilidades. Por ejemplo:Con pared celular HongosUnicelulares OomicetesPluricelulares AnimalesSin pared celular QuitridiomicetesEucariota Mixomicetes Procariota Bacteria heterótrofa
6. Los hongos se nutren a partir de sustancias ela-boradas por otros seres vivos o de sus restos en descomposición.
7. a. Al aumentar la temperatura, se espera sobre todo eliminar bacterias patógenas.
b . Es importante dejar enfriar la mezcla para que las bacterias que inician la fermentación no sean destruidas por calentamiento. Si la temperatura fuera menor, la acción enzimática (que regula la velocidad de los procesos biológicos) sería menor y, por lo tanto, requeriría mucho más tiempo (o direc-tamente no se realizaría) la producción de yogur.
c . Son bacterias heterótrofas que consumen lac-tosa y liberan ácido láctico al medio.
d . Significa que disminuye, por enfriado, la acti-vidad bacteriana.
e . Sí, están vivas.
f . En el estómago, algunas bacterias son ataca-das por el ácido clorhídrico y degradadas. Otras,
permanecen en el intestino delgado o en el intes-tino grueso, pero no pasan a la sangre, por lo que no causan enfermedades.
Página 186Actividades de integración
1. Se trata de mixomicetes. Se dieron cuenta por-que se desarrollan como masas delgadas que se deslizan como una ameba. No poseen célu-las delimitadas y no presentan pared celular de quitina. Al microscopio tienen forma de abanico.
2. a. Actividad de resolución personal de los estu-diantes. Se espera que en la lista incluyan los hongos mucilaginosos, de sombrero y en estan-te, las larvas, los escarabajos, las hormigas, las polillas y los grillos.
b . Actividad de resolución personal de los estu-diantes. Se espera que provean alguna caracte-rística privativa de cada uno de los grupos de se-res vivos observados y la forma de comprobarla. c . Los hongos se alimentan de hojas y otros ve-getales, y de insectos. Los insectos se alimentan de hongos y de vegetales. La mayoría de los hon-gos son saprobios porque se alimentan de mate-riales de desecho que quedan en el suelo. Otros son detritívoros, ya que se alimentan de materia en descomposición. También se ven en el video hongos parásitos. Los insectos que se alimentan de vegetales son herbívoros.
d . Actividad de resolución personal de los estu-diantes.
3. Actividad de resolución personal de los estudiantes.
4. a. Pueden aparecer muchos organismos en un cultivo, ya que las bacterias se reproducen expo-nencialmente.
b . Si la persona tiene faringitis, se trataría de bacterias patógenas. En caso de no tener la en-fermedad, podrían ser bacterias no patógenas.
c . Pertenece al dominio Eukarya. Es unicelular, procariota y heterótrofo.
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Ideas básicas a construir por los estudiantes
• El ecosistema es un modelo ideado por los seres humanos para investigar las interacciones que ocurren entre las comunidades de seres vivos en-tre sí y con el ambiente. Este modelo permite com-prender las relaciones y predecir desequilibrios.
• Los ecosistemas se caracterizan teniendo en cuenta sus dimensiones, el medio en el que se de-sarrollan los seres vivos que los componen (acuá-tico, aeroterrestre y de transición), los climas, el relieve y el suelo.
• Los componentes del ecosistema pueden ser bió-ticos (seres vivos) o abióticos (incluyen el agua, los nutrientes, el tipo de suelo, el relieve, la canti-dad e intensidad de luz).
• Las relaciones intraespecíficas describen las
interacciones dentro de una población. Las re-laciones interespecíficas se establecen entre di-ferentes poblaciones (organismos de distintas especies) e incluyen la predación, la simbiosis, el parasitismo, entre otras. En ambos casos, las re-laciones pueden ser perjudiciales, beneficiosas o neutras para los individuos involucrados.
• Las cadenas tróficas son modelos que explican las transferencias de energía en el ecosistema. Comienzan por las poblaciones de productores. Las otras poblaciones deben consumir materia-les orgánicos, y se denominan herbívoros si se alimentan de vegetales o sus derivados, o carní-voros si consumen partes, restos o productos de animales.
Unidad 12. Los ecosistemas
Introducción
Esta unidad aborda saberes que ofrecen a los alumnos la posibilidad de com-prender las nociones de ambiente, población, ecosistema y especie; las interac-ciones, y los desequilibrios que se producen por causas naturales y antrópicas. Además, permite la construcción de entidades teóricas, como las nociones de ecosistema y población, que se constituyen a partir de las interacciones y que no tienen existencia física en sí mismas. El estudio de los ecosistemas, las co-munidades y las poblaciones constituye un aspecto central de la biología, y su comprensión es fundamental tanto desde la perspectiva genética y evolutiva como desde la perspectiva ambiental.
En cuanto a los obstáculos epistemológicos, los alumnos presentan concepcio-nes de individuo y población basadas en ideas antropocéntricas. Este modo de pensar es general al pensamiento humano y tiende a atribuir a la realidad des-conocida propiedades de los modelos antropocéntricos y a elaborar explicacio-nes con criterios humanos. Las investigaciones acerca de las ideas previas de los alumnos sobre el concepto de población muestran que los estudiantes no discriminan entre comunidad y población, ni entre especie y población. Para explicar el crecimiento de las poblaciones, les asignan una función lineal y no advierten la multiplicidad de variables en juego en el funcionamiento de un ecosistema. El tiempo, por ejemplo, es una variable que se omite o se considera en lapsos breves. Por eso, en esta unidad se propone que los estudiantes dife-rencien los componentes del ambiente natural de los del ecosistema, y que los describan. También se prioriza el estudio de las interacciones entre los compo-nentes bióticos y abióticos, y la variedad de relaciones dentro de la comunidad, y se presentan problemas para analizar, como los comportamientos de pobla-ciones en las comunidades y los equilibrios y desequilibrios.
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Solucionario
Página 187¿Por qué Nahuel pidió tierra del suelo donde crece pasto bajo si él quería averiguar lo que pasaba en el suelo donde el pasto crece alto? ¿A qué puede deberse el aumento de los nutrientes en el suelo?
El objetivo de estas preguntas es relevar las concep-ciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas vá-lidas durante su socialización.
Página 188¿Qué significa “ambiente natural”?
En biología, “ambiente natural” hace referencia a todo lo que rodea a un ser vivo. Incluye al agua, el aire, el suelo y los componentes biológicos.
¿Es lo mismo ambiente natural que ecosistema? ¿Qué es un “ecosistema”?
No. El ambiente natural es el espacio físico y todos los componentes biológicos. En cambio, un ecosiste-ma es una construcción teórica que los científicos realizan para estudiar una determinada porción del ambiente. Hablar de ecosistema implica considerar los vínculos que se establecen entre todos los com-ponentes que interactúan entre sí. Esa organización entre los componentes y sus relaciones define al ecosistema, es decir, al sistema ecológico en estudio.
Página 189¿Cuáles son las dimensiones de un ecosistema?
Las dimensiones del ecosistema dependen de las nece-sidades del trabajo y son fijadas por los investigadores.
Página 190¿Cómo se relacionan los factores bióticos y abióti-cos en un ecosistema?
En un ecosistema se establecen relaciones entre los factores bióticos y abióticos, y también entre los fac-tores bióticos entre sí y entre los abióticos entre sí.
¿Cómo están organizados los componentes bióticos de un sistema ecológico?
Los seres vivos están organizados en comunidades,
que, a su vez, están compuestas por poblaciones, formadas por individuos de una misma especie.
Página 191¿Qué tipo de relaciones establecen los componen-tes bióticos entre sí?
Se establecen relaciones intraespecíficas (entre in-dividuos de una misma especie) e interespecíficas (entre poblaciones de especies diferentes).
Página 192¿Qué pasaría si hubiese más consumidores que productores?
Si aumentara el número de consumidores primarios, disminuiría el de productores. Si aumentaran los consumidores secundarios, disminuirían los consu-midores primarios y aumentarían los productores. En el caso de un aumento del número de heterótro-fos omnívoros, la predicción se vuelve más imprecisa.
Página 193Notas de laboratorio. Experiencia n.° 16
1. Aproximadamente en 1962. Aproximadamente 280. Aproximadamente en 1965. Aproximada-mente 220.
2. La población que aumenta antes su tamaño es la de presas (coipos), porque el patrón de crecimien-to poblacional es semejante pero está desfasado.
3. La población de águilas moras aumentaría, pero desfasada con respecto a la de comadrejas, que, al ser las presas, aumentaría primero.
En: http://bit.ly/EDVCN193 se encuentra disponible el vi-deo que complementa esta actividad. Más recursos audio-visuales en: www.fuera-de-serie.com.ar
¿Cuántas cadenas tróficas forman esta red trófica?
Siete.
Página 194¿Cómo es posible que el nivel de los productores sea menor que el de los herbívoros?
El nivel de los productores en número de individuos es menor porque está representado por árboles (que
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tienen una gran biomasa).
¿Qué tipos de plantas se consideran en cada caso?
En el desierto, hierbas. En el bosque, árboles.
La biomasa equivale al peso de todos los seres vivos que componen cada nivel trófico. ¿Cómo se interpretan las pirámides de biomasa del bosque y del mar?En el caso de los ecosistemas marinos, la biomasa de productores está constituida por algas y fitoplancton. En los dos casos, hay materia que forma su biomasa que no está disponible para el siguiente nivel trófico, es decir que está compuesta por sustancias que, si bien forman parte del cuerpo de los productores, no es útil para los consumidores como fuente de energía.
¿Cómo se recicla la materia en los ecosistemas?
La materia sigue un ciclo que no posee un punto de inicio ni de fin. La materia orgánica que constituye a los productores proviene del CO2 que fue fijado por la fotosíntesis y que los descomponedores devuelven al ambiente físico en forma de materia inorgánica.
Página 196Notas de laboratorio. Experiencia n.° 17
1. Ante la presencia de restos de alimentos, los mo-hos crecieron. Cuando la fuente de nutrientes se agotó, los mohos murieron, pero los resultados de la degradación quedaron en el suelo.
2. El pasto creció mejor en el recipiente en el que ini-cialmente aparecieron mohos. Eso da cuenta de que su actividad degradativa incrementó la canti-dad de nutrientes en el suelo, necesarios para los vegetales, en este caso, el pasto. El moho es un tipo de organismo heterótrofo descomponedor, que de-grada materia orgánica en compuestos sencillos, que luego los productores toman del suelo.
En: http://bit.ly/EDVCN0196 se encuentra disponible el vi-deo que complementa esta actividad. Más recursos audio-visuales en: www.fuera-de-serie.com.ar
Los anillos de hadas
1. Mezclando el suelo donde crecen los hongos con el que está hacia el centro del anillo para que se
homogenicen los nutrientes o distribuyendo los hongos para que crezcan de modo más disperso.
2. La descomposición, el reciclado de materia, los ciclos del carbono y del nitrógeno.
Página 197¿Cómo se compensa la pérdida de energía en el paso de un nivel al siguiente?
La energía que los seres vivos fijan o captan se pierde al realizar sus funciones vitales, de modo que que-da menos energía disponible para el nivel siguiente. Esto se compensa reduciendo el tamaño de los indi-viduos o la cantidad de individuos en la población.
Página 199¿Existe contaminación en mi ciudad? ¿De qué tipo? ¿Cómo podría reducirse?
Actividad de resolución personal de los estudiantes.
Página 200Los polizones de cola larga conquistaron América
Los ecosistemas mantienen un equilibrio dinámico. Cuando se introduce una especie exótica, como la mangosta, se produce competencia con la especie nativa. También puede ocurrir que la introducción tenga efecto sobre las presas. La mangosta primero consumió la especie exótica (roedores), pero luego la predación se extendió sobre las especies nativas. Esta predación perjudica tanto a la presa como al predador. Esto tiene efecto sobre varias poblaciones y puede llevar al desequilibrio ambiental.
Página 201Actividades de repaso
1. a. Paisajes. b. Biodiversidad. c. Ambiente natural. d. Ecología. e. Sistema. f. Ecosistema.
2. a. ¿Cómo se establecen los límites de los ecosis-temas? O, ¿de qué variables dependen los límites de un ecosistema en estudio?
b . ¿Cómo se puede definir una comunidad? O, ¿qué es una comunidad?
c . ¿Cómo se inician las cadenas tróficas? ¿En qué nivel trófico se considera ese eslabón?
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Solucionario
d . ¿Qué es una población? O, ¿cómo podemos definir el término población?
e . ¿A qué tipo de organismos se lo denomina he-terótrofo?
f . ¿A quiénes corresponde la denominación de consumidores?
g . ¿Cuál es la función que se les asigna a los des-componedores? O, ¿en qué consiste el rol de los descomponedores en los ecosistemas?
3. a. Los ecosistemas aeroterrestres son aquellos en los que los individuos desarrollan sus ciclos de vida en el aire y en el suelo. En cambio, en los acuáticos, predomina el agua como medio en el que se desarrolla la vida.
b . Los componentes abióticos son los componen-tes sin vida del ecosistema, como el clima, el relie-ve, el suelo, el agua y los nutrientes. En cambio, los componentes bióticos son los seres vivos que se agrupan en poblaciones o comunidades. Estos dos tipos de componentes están íntimamente relacio-nados e interactúan entre sí de diferentes formas. Cuando analizamos las relaciones e interacciones que se establecen entre los componentes de un ecosistema, nos referimos a ellos como “factores”.
c . Las relaciones interespecíficas se producen en-tre individuos de diferentes especies. Las intraes-pecíficas, entre individuos de la misma especie.
4. Las personas del siglo xix y las actuales no per-tenecen a la misma población, porque las pobla-ciones está formadas por individuos de la misma especie que conviven, es decir que comparten un mismo tiempo y espacio.
5. a. Incluye ambientes aeroterrestres, acuáticos y de transición.
b . Son, al menos, veinte especies, considerando que bacterias, hongos, fitoplancton y zooplanc-ton pueden pertenecer a distintas especies.
c . Hay gran variedad de cadenas para incluir. En algunos casos, los estudiantes deberán buscar información. Es importante tener en cuenta el nivel trófico en el que se los incorpora y la pre-sencia de los productores al inicio de las cadenas y de los descomponedores al final.
bacterias-hongos
FITOPLANCTON ZOOPLANCTON pato de collar gato montés
caracol garza
cuchara de agua pejerrey
camalote
d . Las flechas en las redes y cadenas tróficas in-dican las transferencias de energía en el ecosis-tema y van en el sentido del pasaje de la energía, es decir, del productor al consumidor.e . En el caso del hombre, si come peces herbívo-ros, es consumidor de segundo orden. Si consume peces carnívoros, es de tercer orden. Podría ser de cuarto orden si comiera gato montés.
6. a. Ambas se benefician.
b . La lombriz solitaria se beneficia. El ser huma-no se perjudica.
c . Ambas se perjudican.
d . Ambas se benefician.
7. Al pasar de un nivel trófico al siguiente, cada vez hay menos energía disponible. En cada eslabón una parte de la energía se libera hacia el medio y no puede ser reutilizada. A los últimos consumido-res de una cadena trófica les queda solo una parte de la energía captada por los productores. Es por ello que los consumidores de mayor orden tienen menor cantidad de individuos en la población.
Página 202Actividades de integración
1. Actividad de resolución personal de los estu-diantes. Se espera que en las relaciones reco-nozcan: bióticos con abióticos, bióticos entre sí y abióticos entre sí.
2. En la pirámide de la izquierda, ya que los des-componedores son pequeños en tamaño pero su biomasa poblacional es mayor. Además, actúan sobre todas las poblaciones.
3. Actividad de resolución personal de los estu-diantes.
4. Actividad de resolución personal de los estu-diantes.
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• El organismo humano puede ser estudiado como si fuera un sistema, ya que posee un esquema organizativo en el que se distinguen diferentes componentes que se interrelacionan e interac-túan entre sí. Además, intercambian materia, energía e información con el medio y poseen la capacidad de autorrepararse y autorregularse.
• Las diferentes funciones que se observan en los seres vivos emergen de la relación e interacción de los distintos componentes que los conforman.
• Si bien para el estudio de los seres vivos pueden determinarse sistemas y subsistemas, estos son modelos de análisis que no tienen existencia real. Dependiendo de lo que se quiera estudiar, pue-den proponerse diferentes sistemas, formados por los distintos órganos y demás estructuras de existencia real en los seres vivos.
• En el estudio sistémico del organismo humano se pueden diferenciar diferentes niveles de análisis, llamados niveles de organización.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 13. El organismo humano como sistema
Introducción
Esta unidad se centra en el estudio del organismo humano. Según Cañal (2008), “el conocimiento biológico sobre nuestro cuerpo que más frecuentemente se expone en los textos escolares o en Internet está organizado en forma de lecciones o apartados diferenciados sobre los aparatos o sistemas del organismo, describiendo sucesiva-mente la estructura y función específica que posee cada uno de ellos. De este modo, se suele presentar la anatomía y fisiología de nuestro cuerpo como la suma de las estructuras y funciones de esas partes especializadas, de manera que la mayoría de los contenidos aportados en estas fuentes se centra en la descripción anatómica y en el funcionamiento de cada aparato o sistema: locomotor, digestivo, respiratorio, circulatorio, excretor, nervioso, reproductor”. En consecuencia, los estudiantes ad-quieren conocimientos compartimentalizados, poco significativos y muy fragmen-tados, cuyo foco principal es la repetición memorística de nombres y su asociación a los sistemas a los que pertenecen. Como propuesta superadora, siguiendo a Cañal (2008), se propone el estudio del organismo humano desde una perspectiva sistémi-ca: “la perspectiva sistémica permite superar la descripción superficial de elementos de la realidad que predomina en los currículos disciplinares. La organización sisté-mica del conocimiento escolar sobre los seres vivos permite estructurar el saber de forma relacional, incrementando así su significatividad potencial”.
Estudiar a los seres vivos de forma sistémica implica utilizar una de las metodo-logías de la ciencia, la noción de sistema. Cualquier entidad física o fenómeno natural en el que se identifiquen elementos que se relacionan e interactúan se-gún un esquema organizativo, que intercambian materia, energía e información con el entorno y que poseen una cierta capacidad de regulación y reparación, puede ser estudiado como si fuera un sistema.
Por último, es necesario establecer con los estudiantes un patrón temático y lingüístico específico, en el cual las metáforas y las analogías no se naturalicen, sino que se utilicen como andamiaje cognitivo, esclareciendo los correspon-dientes analógicos y no otorgando entidad a las construcciones teóricas. Una forma de comenzar este cambio es hablar de “funciones” o “procesos” (regula-ción, digestión, reproducción) en lugar de “sistemas”.
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Solucionario
Página 203¿Qué síntomas trae la intoxicación con el hongo cornezuelo del centeno?
Alucinaciones, dolores musculares y fallas en la irri-gación sanguínea.
¿Cómo puede llegar una sustancia desde el estó-mago hasta las neuronas?
El objetivo de esta pregunta es relevar las concep-ciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas vá-lidas al momento de su socialización.
Página 205¿Cómo es que una comida puede causar alucina-ciones? ¿Qué sistemas participan en ese caso?
La comida puede contener sustancias químicas que interaccionen con neuronas específicas en nuestro cerebro, causando así las alucinaciones. Para que la sustancia presente en el alimento llegue al cerebro, es necesario que el alimento sea degradado (función de digestión) y que la sustancia sea transportada (función de circulación). La energía necesaria para que estas funciones y procesos se lleven a cabo pro-viene de la función de respiración. Si estudiamos al organismo como sistema, en este ejemplo puntual deberíamos establecer los siguientes subsistemas de estudio: respiratorio, circulatorio y digestivo.
¿Algún órgano formará parte de dos o más sistemas?
Dado que los sistemas son construcciones que las personas realizan para estudiar aspectos de la reali-dad (en este caso, el cuerpo humano), que un órgano sea considerado en dos o más sistemas dependerá de lo que se quiera estudiar. Por ejemplo, la boca puede estudiarse en relación con la función de ingestión en la digestión, y con la ventilación en la función de res-piración. Entonces, deberá ser considerada, para su estudio, en los sistemas respiratorio y digestivo.
Página 206¿Los huesos son órganos?
Sí, los huesos son órganos.
Página 207Las prótesis y los deportes
1. La fibra de carbono hace que las prótesis sean livianas, resistentes y duras. Antiguamente, las prótesis se hacían de acero o de madera.
2. Las prótesis modernas de miembros inferiores poseen un extremo en forma de J, que se com-prime en el impacto y acumula energía, que pro-pulsa al atleta cuando corre.
Página 208¿De qué manera el sistema circulatorio conecta todos los sistemas de nutrición?
Tanto los nutrientes (obtenidos en la digestión) como los productos de excreción (resultantes del metabo-lismo celular y del proceso digestivo) circulan por el cuerpo humano a través de la sangre (que fluye a tra-vés de venas, arterias y capilares, impulsada desde el corazón). Entonces, si estudiamos al organismo en su conjunto como si fuera un sistema y establecemos distintos subsistemas de estudio (circulatorio, respi-ratorio, excretor, etc.), podemos establecer una cone-xión entre ellos a través de la circulación.
¿A través de qué sistema habrá ingresado el contami-nante que causó la intoxicación en el avión de María?
Ingresó durante la ingesta, a través de la boca; fue liberado del alimento durante la función de diges-tión, y pasó a la sangre a nivel del intestino delgado.
Página 210Notas de laboratorio. Experiencia n.° 18
1. Ambas aumentaron.
2. El aumento de las frecuencias cardíaca y respi-ratoria se relaciona con las funciones de circu-lación, respiración y excreción (el aumento en la concentración de CO2 en la sangre, producto de la respiración celular, produce la disminución del pH sanguíneo. Esta disminución es captada y transmitida por nervios periféricos hacia el bul-bo raquídeo y genera una respuesta que incre-menta la frecuencia respiratoria).
3. La regularización de la frecuencia cardíaca y la res-piratoria es realizada por nervios autónomos, que
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reaccionan ante ciertos estímulos del medio interno del organismo produciendo una acción involuntaria.
En http://bit.ly/EDVCN210 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovi-suales en www.fuera-de-serie.com.ar
Página 211Si la información captada por los receptores de los sentidos no llegara al cerebro, ¿qué sucedería?
No se produciría la interpretación de ese estímulo.
¿Sobre qué zona del cerebro debe haber actuado el con-taminante de la comida para generar alucinaciones?
Sobre las zonas del cerebro donde se interpreta la información enviada por los receptores sensoriales.
Página 212¿Qué glándulas endocrinas diferencian a los hom-bres de las mujeres?
Los hombres poseen testículos; las mujeres, no.
¿Alguna glándula del sistema endocrino pertenece al sistema nervioso?
El hipotálamo puede ser estudiado tanto en relación con la función endocrina como con la nerviosa.
Página 213La enfermedad celíaca y la ley celíaca
Le habría afectado la capacidad de absorción de nutrientes.
Página 214¿Se mezclan el semen y la orina, si el conducto por el que salen al exterior es el mismo? No, no se mezclan.
Página 215Casi con la precisión de la última tecnologíaTomografía computada: utiliza rayos X para crear imágenes transversales del cuerpo. Se utiliza para estudiar huesos fracturados y detectar tumores o hemorragias, entre otros usos.Resonancia magnética: utiliza imanes y ondas de radio muy potentes para generar imágenes. Se utiliza para una gran variedad de estudios, entre ellos para detectar
lesiones en órganos y tejidos, y estudiar el corazón.Ecografía: utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para generar imágenes de órganos y estructuras. Se utiliza, por ejemplo, durante el embarazo y para de-tectar inflamaciones o lesiones en órganos.Escaneos 3D: utilizan ondas de alta frecuencia y forman imágenes tridimensionales. Se utilizan principalmente para monitorear la salud fetal durante el embarazo.
Página 216¿Un hombre puede tener hijos a cualquier edad?, ¿y una mujer?
La capacidad reproductiva está determinada por va-rios factores. Entre estos se encuentra la capacidad de producir células sexuales viables. Las mujeres dejan de producir células sexuales alrededor de los 50 años. Los hombres son capaces de producir es-permatozoides desde la pubertad y durante el resto de su vida (lo que no significa necesariamente que estos sean capaces de fecundar un óvulo).
Página 217Actividades de repaso
1. a. Órgano. b. Célula. c. Célula. d. Tejido. e. Órgano. f. Sistema de órganos. g. Célula. h. Órgano. i. Cé-lula. j. Tejido. k. Célula. l. Sistema de órganos. m. Órgano. Algunas agrupaciones posibles son: Epidí-dimo y espermatozoide. Neurona y nervio. Óvulo y útero. Fémur, esqueleto, tejido óseo y célula mus-cular. Glóbulo blanco y sistema inmunológico.
2. Resolución personal de los estudiantes.
3. a. Órganos y estructuras involucrados en la ven-tilación: pulmones, alveolos, tráquea, capilares sanguíneos, músculos (diafragma, intercostales), nariz, fosas nasales, faringe. b. Circulación (sangre y vasos sanguíneos). c. Cerebro, nervios, órganos involucrados en la digestión del alimento y la ob-tención de nutrientes, músculos, huesos, órganos involucrados en la circulación, órganos involucra-dos en la ventilación. d. Órganos reproductores, órganos involucrados en la digestión del alimento y la obtención de nutrientes, en la circulación y en la ventilación. e. Células circulantes en sangre y linfa. f. Nervios autónomos. g. Hormonas, órganos involucrados en la circulación. h. Hormonas, órga-nos involucrados en la circulación.
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4. a. F. Los órganos reproductores terminan de ma-durar durante la adolescencia. b. F. Los huesos, además de su función de soporte, participan en el movimiento. c. F. Las articulaciones son los es-pacios en la zona de unión de dos huesos. Algunas determinan el movimiento relativo de un hueso con respecto a otro. d. F. La información proveniente de los receptores de los ojos se procesa en el ce-rebro. e. F. El cuerpo intercambia materia y ener-gía con el ambiente a través de diferentes proce-sos, como la nutrición y el movimiento.
5. Porque cada hormona actúa sobre el órgano que posee los receptores específicos a los que la hor-mona se une.
6. Se sugiere trabajar con los estudiantes cómo se realiza un cuadro comparativo y establecer pri-mero los criterios de comparación que utilizarán, por ejemplo: función, tiempo de respuesta, etc.
7. En la interpretación de las imágenes participan los órganos sensoriales, los nervios y el cerebro. Además, las interpretaciones estarán sujetas a los esquemas mentales propios de cada estu-diante, que son construidos en la interacción con el contexto social y cultural.
8. El estímulo es captado por los receptores presen-tes en la piel y se transmite a través de los nervios hasta el hipotálamo. La respuesta homeostática que se desencadena puede incluir: cierre de po-ros, disminución de circulación periférica en ex-tremidades de los troncos superior e inferior y contracción involuntaria de los músculos (tiritar).
9. a. La articulación móvil permite el movimiento de dos o más huesos. En cambio, la articulación inmóvil, no permite el movimiento.
b . Los órganos involucrados en la reproducción son diferentes en machos y hembras. No obstan-te, ambos producen células sexuales.
c . En el estudio sistémico de la función nerviosa de regulación, control y relación, se pueden establecer los subsistemas de análisis central y periférico. El central, que involucra al encéfalo y a la médula ósea, recibe y procesa la información captada por neuro-nas y produce una respuesta. En cambio, el periféri-co, que involucra a los nervios y las neuronas que los conforman, recibe información del medio interno y
externo, y la transmite al encéfalo y a la médula ósea.
d . En el mismo modelo de análisis del punto ante-rior, se pueden establecer los sistemas de análisis autónomo, que involucra a los nervios que captan información del interior del cuerpo y producen res-puestas involuntarias; y somático, que involucra a los nervios que captan información del medio externo y producen una respuesta, mediada por los músculos esqueléticos, que puede ser voluntaria o involuntaria.
10. a. Ambos. b. Ambos (en la mujer, el ensancha-miento es más pronunciado). c. Ambos. d. Am-bos. e. Hombres. f. Ambos. g. Hombres.
Página 218Actividades de integración
1. a. Seguramente el capitán habrá elegido el pollo, que no es de origen vegetal y, por lo tanto, no tie-ne las proteínas asociadas a la celiaquía.
b . La enfermedad celíaca afecta a las células del intestino delgado que participan en el pasaje de nutrientes hacia la sangre durante la función de digestión. El organismo reconoce a las proteínas, presentes en ciertas harinas, como agentes pató-genos, y genera una respuesta inmune que daña de forma progresiva las células del intestino.
2. a. Ingresaron cuando ingirieron el alimento.
b . A través de la sangre.
c . y d. Las sustancias alucinógenas actúan de dife-rentes maneras pero, en líneas generales, se unen a receptores en las células nerviosas del cerebro.
e . La mayoría de las sustancias químicas que producen alucinaciones son degradadas en el hí-gado y luego excretadas a través de la orina.
3. a. Porque las bacterias no pueden atravesar la barrera hematoencefálica.
b . Podemos inferir que sí, ya que son los órganos que se encuentran por detrás de esa estructura los que se ven afectados en la intoxicación.
4. Seguramente les habrán dado líquidos y algún va-sodilatador. También les pueden haber provocado el vómito o suministrado pastillas de carbón.
5. Que el capitán no sea celíaco no es razón sufi-ciente para confirmar una hipótesis sobre la existencia de vida extraterrestre.
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• La nutrición es el conjunto de procesos a través del cual los seres vivos producen o incorporan los nu-trientes necesarios para el desarrollo y el man-tenimiento de la vida. Estos procesos ocurren en las células y se estudian y analizan a partir de diferentes funciones, como la digestión, la respi-ración, la excreción y la circulación.
• La alimentación es el acto voluntario de incorpo-rar alimentos, que son sustancias que contienen nutrientes.
• Los nutrientes son las sustancias químicas que componen a los seres vivos y que estos utilizan
en distintas funciones.• Los nutrientes poseen diferentes características,
son utilizados de diversas maneras y requeridos en distintas proporciones por los seres vivos, por lo que pueden ser clasificados de muchas formas.
• Se denomina autótrofos a los seres vivos capaces de producir sus nutrientes, y heterótrofos a los que deben incorporarlos mediante la alimentación.
• En los seres humanos, la función de nutrición emerge de las funciones de digestión, excreción, circulación y respiración.
Ideas básicas a construir por los estudiantes
Unidad 14. Nutrición y alimentación en el ser humano
Introducción
En publicidades, noticias y conversaciones informales es común la utilización del término nutrición para referirse a los hábitos alimentarios o a la dieta, e in-cluso se lo utiliza como un sinónimo de alimentación. En el contexto de las cien-cias naturales, en cambio, estas palabras hacen referencia a procesos que, si bien se encuentran relacionados, son muy diferentes. Uno de los objetivos de este capítulo es que los estudiantes diferencien la alimentación de la nutrición para poder, luego, realizar un análisis holístico y sistémico de las funciones in-volucradas en la nutrición de los seres humanos.
El foco didáctico del capítulo es el desarrollo del pensamiento analítico-sisté-mico. Esto implica comprender que los seres vivos no poseen sistemas sino ór-ganos y otras estructuras que se conectan y relacionan entre sí de forma ho-meostática y autopoiética, intercambiando materia, energía e información. Una forma de realizar el estudio de estas funciones es a través de la utilización de construcciones teóricas: los sistemas y modelos.
Entonces, y considerando que la construcción de conocimiento es mediada por el lenguaje, resulta perentorio tratar didácticamente la forma en la que habla-mos en las ciencias naturales, cuidando de no otorgar entidad ontológica a las construcciones teóricas: los seres vivos no tienen un sistema digestivo sino ór-ganos y estructuras que pueden ser estudiados sistémicamente, por ejemplo.
En esta misma línea, es importante recordar que el objetivo de la utilización de metáforas y analogías para el estudio de procesos biológicos es proveer el an-damiaje cognitivo que permita comprender fenómenos o conceptos específicos del área disciplinar a partir del conocimiento común sin que esto implique la naturalización de la metáfora. En este sentido, los seres humanos no poseen un tubo digestivo sino un conjunto de órganos y estructuras (algunas de las cuales tienen forma tubular) que podría compararse con un tubo, no por su forma, sino porque a través de un tubo fluyen determinadas sustancias.
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Página 220¿Cuál sería la definición de “nutriente”?
Se denomina nutriente a toda sustancia química que forma parte de los seres vivos y que estos ingieren o sintetizan para construirse y repararse.
¿Qué síntomas presentó María? ¿Tendrán alguna relación con el escorbuto?
Tuvo alucinaciones pero no hemorragias, debilidad ni dolor muscular. Entonces, no podríamos afirmar, en primera instancia, que sufre de escorbuto.
Página 221¿Qué provoca el escorbuto?
El escorbuto provoca debilidad, dolor muscular y hemorragias, principalmente en las encías.
¿Por qué los marineros que recibieron sidra en su dieta mostraron una mejoría leve?
El escorbuto es provocado por deficiencia de ácido as-córbico, comúnmente llamado vitamina C. Este ácido no puede ser sintetizado por los seres humanos sino que es necesario ingerirlo a través de los alimentos. Las frutas, principalmente los cítricos, poseen ácido ascórbico en grandes proporciones. La sidra es una be-bida elaborada a base de manzana, por lo que contie-ne pequeñas cantidades de vitamina C que, al ser in-corporada, produjo una leve mejoría en los marineros.
¿Qué significa “ascórbico”?
Significa “falta de escorbuto”.
Página 223¿La comida del avión de María podría ser un ali-mento para otros seres vivos, como los microorga-nismos?
Sí, muchos microorganismos, como los mohos y las levaduras, se alimentan de los hidratos de carbono y otros nutrientes que forman nuestros alimentos.
Página 224¿Cómo se alimentan los deportistas?
Depende del deporte que practique, del tipo de
entrenamiento que esté realizando y de su contex-tura física y estado de salud. Por ejemplo, un marato-nista ingiere alimentos ricos en hidratos de carbono antes de una maratón, pero su dieta es balanceada y rica en proteínas cuando no está por competir.
¿El capitán del avión podría consumir todos los alimentos del óvalo nutricional?
La dieta del capitán depende de su estado nutricio-nal y de salud. Para estar seguros es recomendable concurrir a un nutricionista.
Página 225¿Por qué es necesario que los sistemas del orga-nismo humano actúen en conjunto, en vez de que cada célula se nutra de forma individual, a partir del intercambio con el ambiente?
En realidad, no podemos hablar de necesidad, solo po-demos analizar y describir lo que observamos y estudia-mos. Por ejemplo, muchos seres vivos, tanto unicelula-res como pluricelulares, que no poseen órganos (como las esponjas) establecen intercambios con el ambiente y se nutren a nivel de sus células. Entonces, sí podemos decir que, al analizar a los seres vivos de forma sistémi-ca, observamos que en la función de nutrición actúan de forma coordinada un conjunto de órganos y estruc-turas que pueden ser analizados como subsistemas.
Página 227¿Cuál es la importancia de las vellosidades durante la absorción de nutrientes?
Las vellosidades aumentan la superficie de contacto de las células con el interior del intestino. De esta forma, aumenta el área en la que se produce el pa-saje de nutrientes a los capilares sanguíneos.
Experimentos del pasado
1. La digestión química comienza en la boca por ac-ción de la enzima llamada ptialina o amilasa salival, que degrada almidón, continúa en el estómago don-de actúa la pepsina, enzima que degrada proteínas, y finaliza en la primera porción del intestino delgado (duodeno) que recibe la bilis, sustancia que emul-siona las grasas y las enzimas pancreáticas, que finalizan la degradación química de las proteínas. Las transformaciones mecánicas comienzan en la
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boca, por acción de los dientes, la lengua y las man-díbulas, y continúa en el esófago y en el estómago, órganos musculares que, mediante contracciones, accionan mecánicamente sobre los alimentos.
2. Reaumur habría concluido que la transforma-ción de los alimentos es mecánica.
3. La tela metálica permitía el ingreso de fluidos dentro del cilindro. Si los tubos hubieran sido ce-rrados, no podría corroborarse la acción química.
Página 229¿Por qué las venas cava transportan sangre con mucho CO2?, ¿y las venas pulmonares sangre con mayor cantidad de O2?
Llamamos venas cava a las estructuras que recorren todo el cuerpo de los seres humanos por las que flu-ye sangre con una gran concentración de dióxido de carbono; y venas pulmonares a las estructuras por las que fluye sangre con una alta concentración de oxí-geno, desde los pulmones hacia el corazón.
Página 231¿Por qué durante el ejercicio físico aumentan la sudoración y la temperatura del cuerpo?
Durante el ejercicio físico, el requerimiento de energía celular es mayor. Por eso, la respiración celular ocurre con mayor frecuencia. Durante este proceso, se produ-ce agua y se libera calor, lo que explica tanto el aumen-to de la sudoración como el de la temperatura corporal.
Página 232Aprender a comer sano desde la infancia
1. La obesidad y el sobrepeso se relacionan con la in-gesta, en grandes proporciones, de hidratos de car-bono y lípidos y, por lo general, con hábitos de vida sedentarios e incluso con disfunciones metabólicas.
2. Intercambio grupal.
Página 233Actividades de repaso
1. a. Nutriente: sustancia química que forma parte de los alimentos y que los seres vivos ingieren o sintetizan para construirse y repararse.
b . Alimentación: acto voluntario de incorporar alimentos.
c . Nutrición: conjunto de procesos a través del cual los seres vivos producen o incorporan los nutrientes necesarios para el desarrollo y man-tenimiento de la vida.d . Autótrofo: organismo capaz de producir sus nutrientes.
e . Heterótrofo: organismo que no puede produ-cir sus nutrientes sino que debe incorporarlos mediante la alimentación.
f . Dieta: se denomina dieta al tipo de alimentos que consumen los organismos heterótrofos.
2. Los seres vivos están compuestos por células. Estas, a su vez, están compuestas por ciertas sustancias químicas que se denominan nutrientes. Al crecer y desarrollarse, los seres vivos aumentan la cantidad de células que los componen o el tamaño de sus cé-lulas, por lo que necesitan nutrientes. Además, los nutrientes participan en todas las funciones que tienen lugar dentro y fuera de las células.
3. Producción personal de los estudiantes.
4. De arriba hacia abajo: boca, estómago, intestino delgado, intestino grueso.
• Boca: por la acción conjunta de los dientes, la len-
gua y las mandíbulas, el alimento es triturado en
partes más pequeñas. La saliva, producida por las
glándulas salivales, humecta el alimento y, por ac-
ción de la amilasa salival, se produce la degrada-
ción de almidones. Se forma una pasta húmeda.
• Estómago: en el estómago continúan la digestión
química y la transformación mecánica. El ácido
estomacal genera el medio requerido para que
las enzimas del estómago degraden las proteínas.
• Intestino delgado: en la primera porción del in-
testino delgado, llamada duodeno, y gracias a las
enzimas que aporta el páncreas y a la bilis que
aporta el hígado, culmina la degradación quí-
mica de los alimentos. En la segunda y tercera
porción de este órgano (yeyuno e íleon), se pro-
duce el pasaje de los nutrientes a la sangre.
• Intestino grueso: en este órgano se produce la reab-
sorción del agua y la formación de la materia fecal.
Además, por la acción de las bacterias que lo habi-
tan, se obtienen nutrientes, como la vitamina k.
5. Durante la ventilación pulmonar, el diafragma se
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contrae y desciende dentro de la cavidad torácica. De este modo, permite la expansión de los pulmo-nes, que coincide con el ingreso de aire, a través de la boca, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos, hasta llegar a los alveolos pulmonares, donde se produce el intercambio de gases con la sangre. Du-rante la espiración, el diafragma se relaja y vuel-ve a su posición inicial. El aire que se encontraba dentro de los pulmones es liberado, recorriendo el mismo camino que siguió al ingresar.
6. En la respiración celular se utilizan glucosa y oxí-geno. La glucosa se obtiene de la degradación quí-mica de los alimentos en el proceso de digestión, mientras que el oxígeno se obtiene mediante el proceso de ventilación pulmonar. Ambas sustan-cias llegan a las células a través de la sangre.
7. Se dice que la circulación en los seres humanos es cerrada porque la sangre circula siempre den-tro de las estructuras denominadas vasos vascu-lares (venas, arterias y capilares). Además, como se observa un flujo de sangre que involucra solo al corazón y a los pulmones y otro que involucra al corazón y a las células del cuerpo, se deter-minan para su estudio dos circuitos diferentes, denominados menor y mayor, respectivamente.
8. Como producto de la respiración celular, se pro-duce energía química en forma de una sustancia llamada ATP, que es utilizada por todas las cé-lulas en sus funciones; dióxido de carbono, que se elimina durante la espiración; y agua, que se elimina en la sudoración y la orina.
9. Productos de excreción Órganos involucrados en su eliminación
Materia fecal Ano
Orina Vejiga
Sudor Glándulas sudoríparas
Dióxido de carbono Pulmones, boca, nariz
10. Producción personal de los estudiantes.
11. a. C.
b . I. Los seres humanos solo pueden producir algu-nos de los nutrientes que las células requieren. La mayoría deben ser incorporados con los alimentos.
c . I. Las proteínas se clasifican como macronutrien-tes ya que son requeridas en grandes cantidades.
d . I. Las proteínas están formadas por subunida-des llamadas aminoácidos.
e . I. Una dieta saludable es aquella que incorpora todos los nutrientes en las proporciones sugeridas.
Página 234Actividades de integración
1. La reacción daría positiva en todos los alimentos que contengan proteínas, por ejemplo, el flan, el huevo de la ensalada, la mozzarella y algunas fru-tas. La intensidad del color de la reacción depende-rá de la cantidad de enlaces peptídicos y de la colo-ración del alimento. El objetivo de esta actividad es ampliar los ejemplos epítome que generalmente se utilizan en las prácticas de reconocimiento de biomoléculas y construir la noción de que los ali-mentos poseen más de un tipo de nutrientes.
2. Cianobacterias: no podrían haber causado la intoxicación ya que son organismos autótrofos fotosintéticos. Es decir, producen sus nutrientes y liberan oxígeno como desecho.Hongos celulolíticos: podrían haber causado la intoxicación ya que estos hongos se alimentan de celulosa y el menú 1 posee alimentos de ori-gen vegetal, como la zanahoria y las frutas.Levaduras: podrían haber causado la infección ya que estos hongos se alimentan de hidratos de carbono y el menú 2 incluye alimentos ricos en este nutriente, como los espaguetis.
3. a. La sustancia tóxica debe poder atravesar las células del intestino para llegar a la sangre, ser transportada y afectar a las neuronas cerebrales.
b . Si la sustancia es degradada en el hígado no pue-de ser transportada por la sangre hasta el cerebro.
c . Para poder ser transportada, la sustancia debe ser soluble en agua, que es el principal componente de la sangre, o debe poder unirse a alguna de las proteínas presentes en la sangre y así fluir a través del cuerpo.
4. La orina es el producto de excreción que contie-ne las sustancias que son tóxicas para el orga-nismo. Muchas de estas sustancias provienen de la degradación química de los alimentos y pasan a la sangre a nivel del intestino delgado. A través de la sangre, llegan a los riñones, donde se forma la orina y pueden ser, entonces, detectadas.
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