MINI QUINTANILLA_CIENCIAS2_LA FISICA A TU ALCANCE_SE_SECUNDARIA_2669-1PONG

Quintanilla • Roa
NH
2
NH

Maritza Quintanilla Robles • Elena Roa Camarillo
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Datos de catalogación
Autores: Elena Roa Camarillo y Maritza Quintanilla Robles
Ciencias 2. La Física a tu alcance
Segundo grado, educación secundaria
1 a Edición
Pearson Educación, México, 2014
ISBN: 978-607-32-2669-1
ISBN SEP: 978-607-32-2672-1
Área: Secundaria
Formato: 20.5 x 27cm Páginas: 272
Esta edición en español es la única autorizada.
Ciencias 2. La Física a tu alcance
El proyecto didáctico Ciencias 2. La Física a tu alcance, es una obra colectiva creada por encargo de la editorial Pearson Educación de México,
por un equipo de profesionales en distintas áreas, que trabajaron siguiendo los lineamientos y estructuras establecidos por el departamento
pedagógico de Pearson Educación de México.
Especialistas en Física responsables de los contenidos y su revisión técnico-pedagógica:
Obra original: Elena Roa Camarillo y Maritza Quintanilla Robles
Revisor Técnico: Gerardo González Núñez
Dirección general: Philip De La Vega ■ Dirección K-12: Santiago Gutiérrez ■ Gerencia editorial K-12: Jorge Luis Íñiguez ■
Coordinación editorial K-9: Marcela Alois ■ Coordinación de arte y diseño: Asbel Ramírez
Dirección K-12 Latinoamérica: Eduardo Guzmán Barros
Dirección de contenidos K-12 Latinoamérica: Clara Andrade
Editado por: EDIMEND, S.A de C.V ■ Director general: Francisco Méndez Gutiérrez ■ Director editorial: Alberto García Rodríguez ■
Gerente de contenidos: Gabriela Ramírez Salgado ■ Coordinación de contenidos secundaria: Mariana Calero Sánchez ■
Coordinación editorial: Angélica C. Sánchez Celaya ■ Edición: Gerardo González Núñez ■ Diseño y formación editorial: Mario A.
Tenorio Murillo, Alexandro Portales Padilla ■ Corrección de estilo y editorial: Raquel Ramírez Salgado ■ Diseño de portada: Mónica
Huitrón Vargas ■ Ilustraciones: Jennifer Gabriela Islas Téllez ■ Fotografías: Karla Fernanda Flores Choza
ISBN: 978-607-32-2669-1
D.R. © 2014 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
ISBN E-BOOK: 978-607-32-2670-7 Avenida Antonio Dovalí Jaime No. 70,
ISBN E-CHAPTER: 978-607-32-2671-4
Torre B, Piso 6, Colonia Zedec Ed Plaza Santa Fe,
ISBN SEP: 978-607-32-2672-1
Delegación Álvaro Obregón, Ciudad de México, C.P. 01210
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 1031
Impreso en México. Printed in Mexico
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 17 16 15 14
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse,
por un sistema de recuperación de información en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico,
magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
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Presentación
Presentación
Ciencias 2. La Física a tu alcance tiene la intención de brindar a los alumnos de segundo grado de secundaria
las herramientas necesarias para adquirir nuevos conocimientos acerca de la física, en temas
como movimiento, fuerza, modelos, estructura de la materia y el Universo, además de permitirles desarrollar
proyectos con base en sus conocimientos previos para ir construyendo su propio aprendizaje.
Al docente le proporciona información teórica y sugerencias de actividades como apoyo importante
para su trabajo. Las secuencias didácticas presentadas en el libro permiten la continuidad en el desarrollo
de los temas, además de dar al alumno la oportunidad de que analice y reflexione situaciones
que le llevarán a investigar por su cuenta y así completar sus conocimientos. De esta manera, a partir
de sus experiencias cotidianas, el alumno será capaz de adquirir competencias para la vida, al tiempo
que logra los aprendizajes esperados.
La estructura de Ciencias 2. La Física a tu alcance ofrece en cada una de sus secciones la oportunidad
de que estudiantes y docentes trabajen para construir el aprendizaje de manera conjunta.
En la sección Un día cualquiera se relatan experiencias que pueden ser parte de la vida diaria de los
estudiantes y son explicadas por medio de la física. ¿De qué te acuerdas?, propone recuperar conocimientos
previos a partir de textos breves. Usa las TIC se refiere a la utilización de las tecnologías de
la información para obtener datos importantes y confiables, además de que ofrece la oportunidad
de ejercitar los conocimientos adquiridos. La Física con, enfatiza la relación que tiene esta disciplina
con las otras asignaturas que cursan y han cursado los alumnos durante su formación en el nivel de
educación secundaria. Por otro lado, la sección Para leer sugiere algunas lecturas que sirven como
complemento del tema que se trata. Con la sección Practica tu aprendizaje se busca que los alumnos
apliquen los conocimientos por medio de diferentes actividades, mientras que Y ahora ya sé que…
cierra la secuencia didáctica.
En la elaboración de proyectos, se proporcionan, de manera general, las características que los planes
de investigación requieren para su elaboración, así como algunas sugerencias para que los alumnos, a
partir de sus intereses y circunstancias, elijan un tema a desarrollar, propiciando con esto la toma de
decisiones, el trabajo en equipo y el desarrollo de valores, entre otros aspectos.
Al final de cada bloque se presenta una rúbrica de evaluación que permite al alumno reflexionar sobre
su aprovechamiento, tanto individual como en equipo.
Ciencias 2. La Física a tu alcance reúne elementos que lo convierten en un práctico instrumento de
apoyo para la compleja tarea de formar e informar a los estudiantes en el ámbito de la física.
Las autoras
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Presentación
Al estudiante
¡Bienvenido al fascinante mundo de la física! Ciencias 2. La Física a tu alcance te permitirá
acercarte a esta disciplina de manera fácil y didáctica. Conocerás, a través de
actividades divertidas y útiles, lo maravilloso que es entender las causas y los efectos
de fenómenos naturales que observas a diario, además de que ejercitarás habilidades
como la observación, la experimentación y el trabajo colaborativo, las cuales permitirán,
a ti y a tus compañeros, conocer más sobre esta disciplina y cómo nos beneficiamos
de ella a partir de las aplicaciones del conocimiento científico.
La física, como ciencia natural, ha estado presente desde la antigüedad y ha cambiado
en el transcurso del tiempo al incorporar cada vez más descubrimientos que
nos permiten comprender cómo funciona nuestro planeta y el Universo. Con los
conocimientos que adquieras en este curso, entenderás fenómenos que ocurren a
diario, como por qué se mueven los cuerpos; qué pasa cuando éstos cambian su temperatura;
qué es y cómo se produce la electricidad; cómo viaja la luz en el espacio, y
a través de otros materiales, o de qué está hecho lo que nos rodea.
Adquirirás competencias como la comprensión de fenómenos y procesos naturales
desde la perspectiva científica; el análisis de los alcances y limitaciones de la ciencia
y del desarrollo tecnológico en diversos contextos; la toma de decisiones informadas
para el cuidado del medio ambiente y la promoción de la salud, orientadas a la cultura
de la prevención, entre otras.
La física estudia éstos y otros muchos fenómenos, y al comprenderlos, podemos
aprovecharlos para diseñar y construir dispositivos y aparatos que faciliten nuestras
actividades cotidianas. Con la ayuda de este libro, te darás cuenta de que la física está
presente en distintos ámbitos, como la medicina, la arquitectura, las comunicaciones,
entre otros.
Esperamos que el viaje que hoy emprendes sea satisfactorio y de gran beneficio para
ti y quienes te rodean, además de permitirte comprender que esta ciencia contribuye
de manera muy importante al desarrollo de la humanidad.
Esperamos que lo disfrutes y aproveches los conocimientos que adquirirás.
Las autoras
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Presentación
Al profesor
Conscientes de la ardua, pero también altamente satisfactoria labor docente, creamos
esta obra con la finalidad de colaborar con tu labor como guía de los estudiantes.
Esta obra es una primera aproximación de los alumnos hacia la física, se presenta como
una disciplina que forma parte de su vida diaria, a partir de la observación, análisis y
reflexión de fenómenos que ocurren en la naturaleza, o que son consecuencias de la
actividad humana.
Para favorecer el aprendizaje, Ciencias 2. La Física a tu alcance está estructurado
con secuencias didácticas en cada tema, con secciones como Un día cualquiera ¿De
qué te acuerdas? y Ahora sé que…. Además, incluimos información que contribuye
a despertar la curiosidad de la juventud y a entender los fenómenos físicos y sus
efectos, tales como Practica tu aprendizaje y Entérate, que también promueven la
experimentación como parte fundamental de las ciencias.
Esperamos que este libro se convierta en una gran ayuda durante las actividades
diarias en el aula, y que estimule a los estudiantes para adquirir más conocimientos.
Tal vez no todos se convertirán en científicos, pero sí en personas observadoras,
críticas e interesadas por lo que ocurre a su alrededor.
Finalmente, te deseamos un trayecto lleno de logros y satisfacciones.
Las autoras
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Índice
Índice
Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Estructura de obra . .......................................................................... 10
Bloque 1 La descripción del movimiento y la fuerza ................................. 14
El movimiento de los objetos .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Marco de referencia y trayectoria; diferencia
entre desplazamiento y distancia recorrida .................................................. 17
Velocidad: desplazamiento, dirección y tiempo ................................................. 21
Interpretación y representación de gráficas posición-tiempo ..................................... 25
Movimiento ondulatorio, modelo de ondas, y explicación
de características del sonido . ............................................................. 29
El trabajo de Galileo .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Explicaciones de Aristóteles y Galileo acerca de la caída libre ..................................... 42
Aportación de Galileo en la construcción del conocimiento científico .............................. 43
La aceleración; diferencia con la velocidad .................................................... 45
Interpretación y representación de gráficas: velocidad-tiempo
y aceleración-tiempo . ................................................................... 47
La descripción de las fuerzas en el entorno .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
La fuerza; resultado de las interacciones por contacto (mecánicas)
y a distancia (magnéticas y electrostáticas), y representación con vectores ......................... 51
Fuerza resultante, métodos gráficos de suma vectorial .......................................... 54
Equilibrio de fuerzas; uso de diagramas . ...................................................... 59
Proyecto: Imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar.
Integración y aplicación .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
¿Cómo es el movimiento de los terremotos o tsunamis,
y de qué manera se aprovecha esta información
para prevenir y reducir riesgos ante estos desastres naturales? .................................. 64
¿Cómo se puede medir la rapidez de personas y objetos
en algunos deportes; por ejemplo, beisbol, atletismo y natación? ................................. 66
Evalúate ............................................................................... 67
Evalúa ................................................................................. 69
¿Qué tanto sabes? ....................................................................... 70
Bloque 2 Leyes del movimiento ....................................................... 72
La explicación del movimiento del entorno .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Primera ley de Newton: el estado de reposo o movimiento
rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa ........................................ 75
Segunda ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración.
El newton como unidad de fuerza ......................................................... 80
6

Índice
Tercera ley de Newton: la acción y la reacción; magnitud
y sentido de las fuerzas .................................................................. 83
Efectos de las fuerzas en la Tierra y en el Universo .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Gravitación. Representación gráfica de la atracción gravitacional.
Relación con caída libre y peso . ........................................................... 87
Aportación de Newton a la ciencia: explicación del movimiento
en la Tierra y en el Universo . ............................................................. 94
La energía y el movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Energía mecánica: cinética y potencial ........................................................ 98
Transformaciones de la energía cinética y potencial ............................................. 103
Principio de la conservación de la energía .................................................... 107
Proyecto: imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar.
Integración y aplicación .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
¿Cómo se relacionan el movimiento y la fuerza con la importancia del uso
del cinturón de seguridad para quienes viajan en algunos transportes? ............................ 110
¿Cómo intervienen las fuerzas en la construcción de un puente colgante? . .......................... 111
Evalúate ............................................................................... 113
Evalúa ................................................................................. 115
¿Qué tanto sabes? ....................................................................... 116
Bloque 3 Un modelo para describir la estructura
de la materia ........................................................................... 118
Los modelos de la ciencia .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Características e importancia de los modelos en la ciencia ....................................... 121
Ideas en la historia acerca de la naturaleza continua y discontinua
de la materia: Demócrito, Aristóteles y Newton; aportaciones de
Clausius, Maxwell y Boltzmann ............................................................ 124
Aspectos básicos del modelo cinético de partículas: partículas microscópicas
indivisibles, con masa, movimiento, interacciones y vacío entre ellas .............................. 126
La estructura de la materia a partir del modelo cinético
de partículas .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Las propiedades de la materia: masa, volumen, densidad
y estados de agregación ................................................................. 130
Presión: relación fuerza y área; presión en fluidos. Principio de Pascal ............................... 138
Temperatura y sus escalas de medición ....................................................... 146
Calor, transferencia de calor y procesos térmicos: dilatación
y formas de propagación ................................................................. 150
Cambios de estado; interpretación de gráfica de presión-temperatura .............................. 153
Energía calorífica y sus transformaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Transformación de la energía calorífica ....................................................... 159
Equilibrio térmico ....................................................................... 159
7

Índice
Transferencia del calor: del cuerpo de mayor al de menor temperatura ............................. 161
Principio de la conservación de la energía .................................................... 162
Implicaciones de la obtención y aprovechamiento de la energía
en las actividades humanas ............................................................... 165
Proyecto: Imaginar, diseñar y experimentar para explicar
o innovar. Integración y aplicación ...................................................... 170
¿Cómo funcionan las máquinas de vapor? ..................................................... 170
¿Cómo funcionan los gatos hidráulicos? ...................................................... 171
Evalúate ............................................................................... 173
Evalúa ................................................................................. 175
¿Qué tanto sabes? ....................................................................... 176
Bloque 4 Manifestaciones de la estructura interna
de la materia ........................................................................... 178
Explicación de los fenómenos eléctricos: el modelo atómico ................................ 180
Proceso histórico del desarrollo del modelo atómico: aportaciones
de Thomson, Rutherford y Bohr; alcances y limitaciones de los modelos ........................... 181
Características básicas del modelo atómico: núcleo con protones
y neutrones, y electrones en órbitas. Carga eléctrica del electrón ................................ 185
Efectos de atracción y repulsión electrostáticas ................................................ 186
Corriente y resistencia eléctrica. Materiales aislantes y conductores ............................... 191
Los fenómenos electromagnéticos y su importancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Descubrimiento de la inducción electromagnética:
experimentos de Oersted y de Faraday ..................................................... 195
El electroimán y aplicaciones del electromagnetismo ............................................ 198
Composición y descomposición de la luz blanca ............................................... 203
Características del espectro electromagnético y espectro visible:
velocidad, frecuencia, longitud de onda y su relación con la energía ............................... 204
La luz como onda y partícula ............................................................... 208
La energía y su aprovechamiento ......................................................... 214
Manifestaciones de energía: electricidad y radiación electromagnética .............................. 215
Obtención y aprovechamiento de la energía. Beneficios y riesgos en la naturaleza y la sociedad .......... 216
Importancia del aprovechamiento de la energía orientado
al consumo sustentable .................................................................. 217
Proyecto: Imaginar, diseñar y experimentar para explicar
o innovar. Integración y aplicación ...................................................... 220
¿Cómo se obtiene, transporta y aprovecha la electricidad
que utilizamos en casa? .................................................................. 220
¿Qué es y cómo se forma el arcoíris? ........................................................ 221
Evalúate ............................................................................... 223
Evalúa ................................................................................. 225
8

Índice
¿Qué tanto sabes? ....................................................................... 226
Bloque 5 Conocimiento, sociedad y tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
El Universo ............................................................................ 230
Teoría de “La gran explosión”; evidencias que la sustentan, alcances
y limitaciones . ......................................................................... 231
Características de los cuerpos cósmicos: dimensiones, tipos;
radiación electromagnética que emiten, evolución de las estrellas; componente de las galaxias,
entre otras. La Via Láctea y el Sol .......................................................... 234
Astronomía y sus procedimientos de investigación: observación,
sistematización de datos, uso de evidencia ................................................... 239
Interacción de la tecnología y la ciencia en el conocimiento del Universo ........................... 245
Proyecto: imaginar, diseñar y experimentar para explicar
o innovar. Integración y aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
La tecnología y la ciencia en los estilos de vida actual ........................................... 250
Física y ambiente ........................................................................ 256
Ciencia y tecnología en el desarrollo de la sociedad ............................................ 257
Evalúate ............................................................................... 260
Evalúa ................................................................................. 261
¿Qué tanto sabes? ....................................................................... 262
Anexo A ............................................................................... 265
Anexo B ............................................................................... 268
Bibliografía ............................................................................. 270
9

Estructura
Estructura de tu libro
Entrada de bloque
Se presentan las competencias y los
aprendizajes esperados que deberán
desarrollarse a lo largo del bloque, junto
con una imagen representativa.
Un día cualquiera
Breve lectura que cuenta
una historia relacionada
con la vida cotidiana y
que te introducirá en los
contenidos por estudiar.
Para lograr los aprendizajes esperados se presenta una secuencia didáctica, la cual será la columna vertebral
del desarrollo de cada contenido:
¿De qué te acuerdas?
Actividad de inicio que
sirve para recuperar tus
conocimientos e ideas previos.
Practica tu aprendizaje
Serie de actividades de desarrollo,
estructuradas y sistematizadas
para favorecer el trabajo de
investigación y realización
de prácticas experimentales
y de campo.
10

Usa las TIC
Sugiere el uso de
las Tecnologías de
la Información y
Comunicación con
referencias a páginas
de internet y el uso de
programas de cómputo
y videos.
Modalidades de trabajo
Individual
Parejas
Equipo
La física con...
Señala la relación que tiene
Ciencias 1I, con énfasis en
Física y con otras asignaturas.
Glosario
Definición de términos
nuevos o de difícil
comprensión.
11

Estructura
Entérate
Información que vale la pena
conocer y que complementa el
desarrollo de los contenidos.
Para leer
Sugerencias de lecturas que
despiertan el interés por el
estudio de las ciencias.
Ahora ya sé que...
Evaluación tipo PISA
en la que valoras lo
aprendido, con el fin
de que desarrolles
una actitud crítica y
constructiva hacia
la obtención de tu
aprendizaje significativo.
12

Planea tu proyecto
Cada bloque cierra con un
proyecto que permite el
desarrollo, integración y
aplicación de aprendizajes
esperados para el logro de
competencias.
Evalúate
El objetivo es identificar lo que
conoces, qué quieres aprender
y qué aprendiste en el desarrollo
del bloque.
¿Qué tanto sabes?
Te permitirá evaluar
cuánto aprendiste al final
de cada bloque, para
que el profesor acredite
los conocimientos que
adquiriste.
Evalúa
El propósito es que evalúes a
otros compañeros y proporciones
retroalimentación.
13

Bloque 1
La descripción del
movimiento y la fuerza
14
Competencias que se favorecen:
• Comprensión de fenómenos y procesos naturales desde la perspectiva científica.
• Comprensión de los alcances y limitaciones de la ciencia y del desarrollo tecnológico
en diversos contextos.
• Toma de decisiones informadas para el cuidado del ambiente y la promoción de la
salud orientadas a la cultura de la prevención.

APRENDIZAJES ESPERADOS
El movimiento de los objetos
• Interpreta la velocidad como la relación entre desplazamiento y tiempo, y la diferencia de la
rapidez, a partir de datos obtenidos de situaciones cotidianas.
• Interpreta tablas de datos y gráficas de posición-tiempo, en las que describe y predice diferentes
movimientos a partir de datos que obtiene en experimentos y/o de situaciones del entorno.
• Describe características del movimiento ondulatorio con base en el modelo de ondas: cresta,
valle, nodo, amplitud, longitud, frecuencia y periodo, y diferencia el movimiento ondulatorio
transversal del longitudinal, en términos de la dirección de propagación.
• Describe el comportamiento ondulatorio del sonido: tono, timbre, intensidad y rapidez, a partir
del modelo de ondas.
El trabajo de Galileo
• Identifica las explicaciones de Aristóteles y las de Galileo respecto al movimiento de caída libre,
así como el contexto y las formas de proceder que las sustentaron.
• Argumenta la importancia de la aportación de Galileo en la ciencia como una nueva forma de
construir y validar el conocimiento científico, con base en la experimentación y el análisis de los
resultados.
• Relaciona la aceleración con la variación de la velocidad en situaciones del entorno y/o actividades
experimentales.
• Elabora e interpreta tablas de datos y gráficas de velocidad-tiempo y aceleración-tiempo para
describir y predecir características de diferentes movimientos, a partir de datos que obtiene en
experimentos y/o situaciones del entorno.
La descripción de las fuerzas en el entorno
• Describe la fuerza como efecto de la interacción entre los objetos y la representa con vectores.
• Aplica los métodos gráficos del polígono y paralelogramo para la obtención de la fuerza resultante
que actúa sobre un objeto, y describe el movimiento producido en situaciones cotidianas.
• Argumenta la relación del estado de reposo de un objeto con el equilibrio de fuerzas actuantes,
con el uso de vectores, en situaciones cotidianas.
Proyecto: imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar.
Integración y aplicación
• Trabaja colaborativamente con responsabilidad, solidaridad y respeto en la organización y
desarrollo del proyecto.
• Selecciona y sistematiza la información que es relevante para la investigación planteada en su
proyecto.
• Describe algunos fenómenos y procesos naturales relacionados con el movimiento, las ondas o
la fuerza, a partir de gráficas, experimentos y modelos físicos.
• Comparte los resultados de su proyecto mediante diversos medios (textos, modelos, gráficos,
interactivos, entre otros).
15

Ciencias 2. La Física a tu alcance
El movimiento de los objetos
Aprendizajes esperados
• Interpreta la velocidad como la relación entre desplazamiento
y tiempo, y la diferencia de la rapidez, a partir de datos
obtenidos de situaciones cotidianas.
• Interpreta tablas de datos y gráficas de posición-tiempo, en
las que describe y predice diferentes movimientos a partir
de datos que obtiene en experimentos y/o de situaciones del
entorno.
• Describe características del movimiento ondulatorio con base
en el modelo de ondas: cresta, valle, nodo, amplitud, longitud,
frecuencia y periodo, y diferencia el movimiento ondulatorio
transversal del longitudinal, en términos de la dirección de
propagación.
• Describe el comportamiento ondulatorio del sonido: tono,
timbre, intensidad y rapidez, a partir del modelo de ondas.
Jorge vive en la ciudad de Dolores Hidalgo, Guanajuato. El 15 de septiembre se encontraba con su familia
en la plaza principal, para participar en la ceremonia del grito de Independencia. Al comenzar el baile,
el papá de Jorge dijo: “Ya es muy tarde, vámonos a casa, recuerden que está un poco lejos de aquí”.
Al llegar a casa, Jorge aún escuchaba, aunque con poco volumen, la música que se estaba tocando en la
fiesta y se preguntó cómo era esto posible, si se encontraba aproximadamente a un kilómetro de la plaza
seguía escuchando la música. “Es algo que no entiendo pero mañana le pediré al profesor de Física que me
explique esto. Ahora me voy a dormir”.
¿Por qué Jorge sigue escuchando la música? ¿Cómo sabe Jorge que se encuentra lejos de la fiesta?
En la vida cotidiana tenemos experiencias que se relacionan con algunos de los conceptos
que se estudiarán en este primer bloque. La física, como parte de las ciencias
naturales, te ayudará a entender los fenómenos que te rodean, así como el funcionamiento
de algunos aparatos y objetos que utilizas a diario.
Además, con tus conocimientos previos, y los que adquieras a lo largo de la revisión
de este libro podrás tomar decisiones informadas que te permitirán cuidar de ti y del
planeta.
¿DE QUÉ TE AcUErdaS?
1. Uno de los conceptos más familiares y cotidianos para nosotros es el del movimiento, contesta las siguientes
preguntas en tu cuaderno:
a) ¿Qué entiendes por movimiento?
b) ¿Cómo puedes distinguir entre un objeto en movimiento y uno que no lo está?
c) ¿Conoces algún objeto que siempre esté en movimiento?
16

BLOQUE 1
2. Analiza las imágenes de la figura 1.1 y escribe en tu cuaderno en cuáles consideras que hay movimiento y
justifica tu respuesta.
a) b) c)
Fig. 1.1 a) Paracaidista, b) Motociclista, c) Vehículos en un cruce vehicular.
3. Compara con otros compañeros tus respuestas y junto con su profesor establezcan la importancia de estudiar
el movimiento de los objetos.
Marco de referencia y trayectoria; diferencia
entre desplazamiento y distancia recorrida
Hacia donde miremos, encontraremos movimiento: personas caminando, vehículos
circulando por las calles, el viento que agita las hojas de los árboles, etcétera. Existen
movimientos que transcurren rápidamente, tanto, que incluso, son imperceptibles
para el ojo del ser humano, como el movimiento de la luz. En cambio, existen otros
que tardan mucho en transcurrir, como el movimiento de los continentes. ¿Cómo
sabemos que algo se mueve? ¿Cómo estudiamos al movimiento?
La rama de la física que estudia al movimiento se llama mecánica y se divide en:
1. Clásica. Se encarga del estudio de los movimientos de los cuerpos bajo la acción de
las fuerzas y también puede prever las condiciones de reposo de éstos. A su vez, la
mecánica clásica se subdivide en dos ramas:
a) Cinemática. Estudia los tipos de movimientos que experimentan los cuerpos sin
considerar las causas que los producen.
b) Dinámica. Estudia los movimientos de los cuerpos atendiendo a las causas que
los producen. Esta rama incluye a la estática, la cual considera las condiciones
que permiten el equilibrio de los cuerpos.
2. Cuántica. Analiza los fenómenos que ocurren a escala atómica como la radioactividad.
3. Ondulatoria. Describe matemáticamente el comportamiento de electrones y átomos.
4. De fluidos. Estudia el comportamiento de la materia en estado líquido y en estado
gaseoso.
En física, el movimiento se entiende como un cambio de posición que tiene un cuerpo
cuando parte de un punto inicial y llega a un destino previsto. Por ejemplo, cuando vas de
tu comunidad a otra a disfrutar tus vacaciones. Tu punto de partida indica donde se inició
el movimiento y permite determinar el cambio de posición con respecto a ese punto.
Llamaremos marco de referencia al punto que te sirve para determinar el cambio de
posición de un objeto como consecuencia de su movimiento. Imagina que tu marco
de referencia es la ciudad de México y partes hacia Cancún; al llegar a tu destino te
encontrarás a 2000 km del punto inicial, que correspondería al marco de referencia con
respecto al cual te moviste. Para poder describir cualquier movimiento, siempre tenemos
que compararlo con un marco de referencia. Por ejemplo, si te encuentras jugando
basquetbol en la cancha de tu escuela, siempre te moverás desde el lugar donde te
encuentres hacia la canasta del equipo contrario, ya que ésta es el punto de referencia
que se considera para el movimiento de los otros jugadores. Observa la figura 1.2.
Fig. 1.2 El marco de referencia
para un equipo de básquetbol
será la canasta en la cual tiene
que anotar.
17

Ciencias 2. La Física a tu alcance
a)
b) c)
Frecuentemente utilizamos puntos de referencia para ir a algún
lado o dar una dirección, por ejemplo, indicamos a alguien si
hay algún centro comercial, parque u hospital cercano para que
la otra persona pueda ubicarse a partir de él. Así, cuando te preguntan
cómo llegar a algún lado y les contestas: “como a dos
cuadras de aquí”, entonces tú te conviertes en el marco de referencia
para esa indicación.
Por tanto, el marco de referencia es un
objeto o un punto con respecto a otro
que describe un movimiento. El movimiento
depende del sistema de referencia
que se utilice para describirlo.
Además del marco de referencia, necesitamos
otro elemento para describir al
movimiento. Imagina, que vas camino
a tu escuela.
Fig 1.3 a) Trayectoria en línea recta seguida por un automóvil. b) Trayectoria seguida por el
huracán Katrina en 2005 c), Trayectoria circular seguida por las manecillas de un reloj.
Para llegar, debes recorrer una distancia
de 150 m, y tardas 10 minutos cuando
vas caminando. ¿Observas alguna relación
entre la distancia recorrida y el
tiempo transcurrido?
USA LAS TIC
Te sugerimos leer el siguiente
artículo, que aborda los usos
prácticos que se desprendieron
de entender el movimiento
de los objetos celestes:
Benet, Luis, “Movimiento
de los objetos celestes”, en
Hipathya, núm. 30, Abril-
Junio 2009, disponible en:
http://hypatia.morelos.gob.
mx/index.php?option=com_
content&task=view&id=525
&Itemid=459. (Consulta: 10
de noviembre de 2013).
Comenta con tus
compañeros la importancia
de estas aplicaciones.
Magnitud. Propiedad de un
objeto que es susceptible de
ser medida y puede tomar
diferentes valores numéricos.
Por ejemplo, la longitud,
la masa, el tiempo.
Si quisiéramos establecer en dónde está situado el cuerpo sólo con el dato de la distancia
que recorrió, no podríamos determinarlo (más adelante en este mismo bloque
podrás saber cómo puedes ubicar la posición de un cuerpo).
Cada objeto al efectuar un movimiento, sigue un “camino” para llegar a su meta. A este
recorrido se le llama trayectoria y ésta depende de la forma en que se mueva; ya sea en
línea recta, curva, o circular (Fig. 1.3).
Cuando vamos por una carretera observamos que tiene tramos rectos, curvos, en
subida, en bajadas, en fin, en esos momentos podemos describir la trayectoria que
recorrimos. Si mides esa trayectoria obtendrás la medida de la distancia recorrida.
Cuando un objeto realizó algún movimiento, es posible conocer cuál fue su recorrido
desde el punto inicial hasta el punto donde termina, es decir, su trayectoria. Si mides
el espacio recorrido por el objeto obtendrás el valor de la distancia.
Distancia y desplazamiento
En física se manejan las magnitudes, éstas nos indican qué características de los objetos
pueden variar y ser medidas. Existen dos tipos de magnitudes: escalares y vectoriales.
1. Magnitudes escalares. Están determinadas por su valor numérico y la unidad en que
se midieron, entre otras están: la longitud, la masa o el tiempo, expresadas en metros,
kilogramos u horas, horas respectivamente.
2. Magnitudes vectoriales. Se utilizan para representar una fuerza o una velocidad y
poseen un punto de origen, una magnitud, una dirección y un sentido. Se representan
con segmentos de recta dirigida (flechas) llamados vectores. Es importante
mencionar que con ayuda de las magnitudes vectoriales sí puedes ubicar la posición
de un cuerpo.
Cuando veas una letra que lleva una flecha en la parte superior, quiere decir que se
trata de una cantidad vectorial.
Ejemplo, F 5 3N.
18

BLOQUE 1
El sentido que lleva un vector está determinado
por los puntos cardinales señalados en la
rosa de los vientos. Asimismo, la dirección se
determina de acuerdo al ángulo que forman
(Fig. 1.4).
De forma cotidiana se habla de desplazamiento
y de distancia como si fuesen sinónimos,
pero es un error. Y ahora te explicaremos por
qué y qué diferencia hay entre estos dos conceptos
(Fig. 1.5).
Distancia: Es el espacio recorrido por un objeto
en movimiento, desde su punto de partida
hasta el final. Es una cantidad escalar.
Fig. 1.4 La dirección
está determinada por el
ángulo que forman.
Desplazamiento: Es la línea recta
que une al punto donde inicia el
movimiento con el punto final y es
una magnitud vectorial.
En algunos casos se realizan movimientos
con trayectoria circular,
entonces el recorrido termina donde
inició; en este caso, se dice que
el desplazamiento es cero, ya que el
lugar donde inicia y donde termina
es el mismo.
En el caso de la rueda de la fortuna
(Fig. 1.6), el desplazamiento es
igual a cero, porque aunque hay
una trayectoria y una distancia recorrida,
se llega al mismo punto.
¿Cómo expresarías esta situación
con la fórmula de desplazamiento?
Fig. 1.5 En la imagen puedes observar la trayectoria (en azul), la distancia (en verde) y el
desplazamiento (en rojo) de un objeto que se mueve del punto A al punto B.
No debes confundirte y decir que no hubo
movimiento. Se recorrió una distancia, hay
una trayectoria; pero lo que no se puede
medir es el desplazamiento. Un ejemplo
de lo anterior es una pista ovalada
o circular donde se practica
ciclismo o carreras de automóviles.
En ambos casos dan vueltas y al
final llegan al mismo punto de
donde salieron.
El desplazamiento se refiere a la
diferencia entre la posición inicial y
final del objeto que se mueve:
Desplazamiento 5 Posición final (x f
) 2
Posición inicial (x i
)
Fig. 1.6 En trayectorias circulares el
desplazamiento es igual a cero.
A
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Ciencias 2. La Física a tu alcance
Por ejemplo, si tu escuela se encontrara a una
distancia de 100 m de tu casa (Fig. 1.7), todas
las mañanas te desplazarías:
Desplazamiento 5 Posición final (que es a la
que se encuentra la escuela) 2 Posición inicial
(que es tu casa)
Fig. 1.7 Esquema del recorrido
de casa a la escuela.
Desplazamiento 5 100 m 2 0 m 5 100 m
Es importante, ade más, saber que los datos que
obtienes de los recorridos, pueden organizarse en
tablas con el fin de apreciar cómo va cambiando
el movimiento en cada momento. Por ejemplo,
en la tabla 1.1 se muestra los datos de una persona
que está trotando en un parque. Al medir el
tiempo que tarda con un cronómetro se obtuvo
la siguiente información:
Intervalo Tiempo en segundos (s) Distancia recorrida (m)
1 0 0
2 1 2
3 2 4
4 3 6
5 4 8
Tabla 1.1 Distancia recorrida de una persona en intervalos de tiempo.
¿Te das cuenta de que el movimiento de esta persona es constante? Es decir, recorre
distancias iguales en tiempos iguales.
PRACTICA TU APRENDIZAJE
A través de esta actividad analizarás situaciones
que relacionen marco de referencia,
distancia, trayectoria y desplazamiento.
1. Reúnete con un compañero y analicen las
siguientes situaciones. Posteriormente respondan
lo que se pide.
2. José es delantero del equipo de futbol de
su escuela, mientras que Jorge es el portero.
Durante el entrenamiento, José debe
tirar un penalti; él observa la portería y
trata de identificar la forma más fácil de
anotarle un gol a Jorge. Entonces, José
decide golpear el balón apuntando al poste
derecho (Fig. 1.8).
Fig. 1.8 ¿Podrá anotarle un gol José a Jorge?
20

BLOQUE 1
3. Observen la imagen y contesten en su cuaderno:
a) ¿Cuál es el marco de referencia de José?
b) ¿Qué cuerpo es el que realizará el desplazamiento?
4. Elaboren un dibujo donde representen lo siguiente:
a) La distancia que recorre el balón.
b) La trayectoria del balón.
c) El desplazamiento del balón.
5. Comparen sus respuestas con el resto del grupo y con su profesor hasta obtener una conclusión. Después
determinen otros ejemplos donde esté presente el marco de referencia.
6. Propongan un ejemplo parecido donde tengan que elaborar un esquema que represente el movimiento de
un cuerpo. Indiquen el desplazamiento, la trayectoria y la distancia.
7. Ahora analicen y contesten:
a) ¿Qué diferencias existen entre desplazamiento y distancia recorrida?
8. Comparen su esquema con el del resto de sus compañeros y junto con tu profesor obtengan una conclusión
de las características de desplazamiento, trayectoria y distancia.
Velocidad: desplazamiento, dirección y tiempo
Ahora hablaremos de dos términos que son fáciles de confundir, ya que en la vida
cotidiana suele pensarse que la velocidad y la rapidez son lo mismo. La rapidez
indica la distancia recorrida en un tiempo determinado y es una cantidad escalar.
La velocidad es la relación matemática entre el desplazamiento recorrido y el tiempo
empleado, es una cantidad vectorial, ya que además de tener un valor numérico tiene
punto de origen, sentido y dirección. Su representación matemática es la siguiente:
Donde: v= velocidad
V 5 d t
d= distancia
t= tiempo
Analicemos un ejemplo donde se aplique esta fórmula.
¿Qué velocidad lleva Gerardo, que va en su bicicleta, de su casa al parque más cercano,
si éste se encuentra en línea recta hacia el sur a 50 metros y tarda 5 segundos
en llegar?
V 5 ¿?
d 5 50 m
V 5 50 m
50 s
V 5 10 m/s
t 5 5 s
Para determinar la velocidad es necesario conocer el desplazamiento del objeto y el
tiempo que tardó en realizarse el movimiento.
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Ciencias 2. La Física a tu alcance
Por ejemplo, en las carreras de autos se tienen récords de velocidad de pista, donde
algunos corredores modifican su velocidad y se toma el menor tiempo. Analiza la
siguiente tabla 1.2:
Mayor margen de victoria
(tiempo)
Mayor promedio de velocidad
(ganador)
Menor promedio de velocidad
(ganador)
Mayor promedio de velocidad
por vuelta (entrenamientos)
Mayor promedio de velocidad
por vuelta (clasificación)
Tabla 1.2 Récords de velocidad de pista.
4 minutos,
54 segundos
247.585
km/h
74.844
km/h
262.242
km/h
260.395
km/h
Gran Premio de Bélgica de 1963
( Jim Clark a Bruce McLaren)
Gran Premio de Italia de 2003
( Michael Schumacher)
Gran Premio de Canadá de
2011 ( JensonButton)
Gran Premio de Italia de 2004
( Juan Pablo Montoya)
Gran Premio de Italia de 2004
( Rubens Barrichello)
En física puede medirse la velocidad en diferentes momentos, y así obtenemos la velocidad
promedio, que es el promedio de las distintas velocidades con que se ha realizado
un movimiento, y también obtenemos la velocidad instantánea, que permite
conocer en ciertos puntos que interesan, cómo son las medidas de la velocidad en un
instante determinado.
PRACTICA TU APRENDIZAJE
1. Reúnete con un compañero y analicen el problema que se plantea a continuación para determinar la
velocidad, después elijan una estrategia que les permita resolverlo y escríbanlo en su cuaderno.
La profesora de Karla le pidió que determinara a qué velocidad promedio viajaría un autobús y un avión que
van de la ciudad de México a la ciudad de Guadalajara. Al buscar información en la página http://www.
enjoymexico.net/mexico/guadalajara-como-llegar-mexico.php se encontraron los siguientes datos:
a) Por carretera. La distancia entre la ciudad de México y Guadalajara es de 535 kilómetros. Diariamente,
varias empresas de autobuses cubren la ruta y el viaje dura ocho horas, aproximadamente. Las unidades
parten de la Terminal Norte, localizada en Lázaro Cárdenas número 4907, en el Distrito Federal.
b) Por aire. El aeropuerto internacional Libertador Miguel Hidalgo y Costilla, a 16 kilómetros del centro de
Guadalajara, tiene dos terminales y cuatro plataformas. Recibe vuelos de Norteamérica, Centroamérica,
Sudamérica, Europa y las principales ciudades de México. El viaje desde el Distrito Federal, la capital del
país, dura 55 minutos, aproximadamente.
• ¿Cuál es el valor numérico de la velocidad promedio a la que viaja el autobús de la ciudad de México a
la ciudad de Guadalajara?
• En avión, ¿cuál es el valor numérico de la velocidad promedio si toman como distancia total 551 km?
• ¿Qué estrategia siguieron para encontrar estos resultados? Escríbanla.
2. Comparen con el resto del grupo sus estrategias y verifiquen con su profesor que sean correctas o si existen
otras alternativas. Asimismo, analicen la relación que existe en este caso entre el desplazamiento y el tiempo.
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BLOQUE 1
Hay movimientos lentos y rápidos. Los atletas compiten por recorrer una distancia,
ya sea corriendo, nadando o remando, en el menor tiempo posible para establecer
récords mundiales. El que cada atleta recorra la misma distancia en mayor
o menor tiempo nos lleva al concepto de rapidez, la cual es la distancia que se
recorre en un tiempo determinado.
Para medir la rapidez de un objeto en movimiento, es necesario conocer la distancia
recorrida y el tiempo que tardó en recorrerla, sin importar la dirección en que se realizó
este movimiento; para ello se utiliza el siguiente modelo matemático.
r 5 d t
Donde
r 5 rapidez
d 5 distancia
t 5 tiempo
Veamos un ejemplo práctico en el que se determina la rapidez de un camión que
parte de la ciudad de México a la ciudad de Acapulco, recorriendo una distancia de
360 km en cuatro horas.
Solución r 5 ? r 5 360 km/4 h
d 5 360 km
t 5 4 h
r 5 90 km/h
El resultado indica que el camión recorrió 90 Km por cada hora de recorrido.
La diferencia entre velocidad y rapidez es que la primera es una magnitud vectorial, mientras
que la rapidez es una magnitud escalar. En el movimiento rectilíneo uniforme, que es
aquel que sigue un cuerpo en línea recta, la velocidad y la rapidez coinciden, ya que se
recorren áreas iguales en tiempos iguales.
En épocas pasadas no existían unidades de medida comunes. Cada región tenía las
propias y los problemas se presentaban cuando alguien quería comerciar con personas
de otros pueblos pues, como era de esperarse, no se podían poner de acuerdo.
Hasta ahora has aprendido algunos conceptos de mecánica clásica como: longitud,
masa, volumen y la forma de medirlos. En física se utilizan las unidades de medición
del Sistema Internacional de Unidades (si) el cual indica en qué unidades se medirán
algunas características de los cuerpos, por ejemplo (Tabla 1.3):
La física con...
Recupera los conocimientos
que adquiriste en el
bloque 3 de Matemáticas
de primer grado sobre
los diferentes sistemas de
unidades utilizados.
Comenta con tus compañeros
qué unidades se utilizan
para medir la de velocidad,
rapidez, desplazamiento,
distancia y tiempo.
Proporciona algunos ejemplos
en donde hayas utilizado estas
unidades de medida en tu
vida diaria.
Magnitud Unidad Símbolo
Longitud (distancia) Metro m
Masa Kilogramo kg
Tiempo Segundo s
Tabla 1.3 Unidades de medición del Sistema Internacional de Unidades, para conocer más unidades del
SI consulta el Anexo B de las páginas 268 y 269 de este libro.
En algunos problemas también puede indicarse la longitud o distancia en kilómetros
(km), centímetros (cm) o millas (mi), que son unidades de uso cotidiano, así
como horas y minutos, las cuales son unidades de tiempo.
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