Energía y Trabajo: Guía de Estudio para Secundaria

DURACIÓN: 50’
GRADO: 5-12
EXTENSIÓN CURRICULAR:
ELEMENTOS DE FÍSICA: ENERGÍA Y TRABAJO
DESCRIPCIÓN:
La energía se transmite a manera de ondas. Explore las ondas longitudinales y transversales, sus
características comunes y examine la dualidad onda-partícula, una teoría que sostiene que toda
materia y energía tiene características de ambas, ondas y partículas.
CRÉDITOS: María D. de Corona, profesora universitaria.
OBJETIVOS:
Los estudiantes podrán:
1 Conocer los diferentes tipos de energía, las propiedades de cada una de ellas y la manera
como constantemente afectan el mundo a nuestro alrededor.
2 Examinar la diferencia entre la energía cinética y la potencial.
3 Conocer la manera en que la energía cambia de forma.
4 Descubrir las diferentes fuentes de energía.
5 Examinar el funcionamiento de un automóvil.
6 Estudiar las nuevas tecnologías desarrolladas por los científicos para reducir la contaminación
Pg. 1
7
ambiental.
Conocer las características de los automóviles del futuro.
MATERIALES:
Acceso a la Internet, lápices de colores, plumones, cartulina.
I. ACTIVACIÓN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS. ANTES DE VER EL VIDEO COMENTA LO
SIGUIENTE:
1. ¿Qué formas y fuentes de energía conoces?
2. ¿Cuáles son las formas de energía que no contaminan el medio ambiente?
3. ¿Cómo usas la electricidad?
4. ¿Qué impacto tienen los automóviles sobre el medio ambiente ?
5. ¿Cuál es el automóvil que más te gusta? ¿Por qué?
6. ¿Qué características deberán tener los automóviles en el futuro?
II. VER EL VÍDEO DEL MINUTO 1 AL 17 Y CONTESTAR LAS SIGUIENTES PREGUNTAS.
1. ¿En dónde se encuentra la energía?
2. ¿Cuál es la ciencia que nos ayuda a entender la energía?
3. Anota el nombre de la unidad para medir….
a) la fuerza: ________________
b) la energía: ________________
c) la distancia: ________________
4. ¿Qué operación matemática tenemos que hacer para calcular los julios o
joules de energía necesarios para mover un objeto?
5. ¿Cuáles son los dos diferentes tipos de energía?
6. ¿Cuál es la diferencia entre estos dos tipos de energía?
7. ¿En qué momento tiene energía potencial un vagón de la montaña rusa?
8. ¿En qué momento se transforma esta energía potencial en energía cinética?
9. ¿Qué es lo que produce calor en una máquina?
10. ¿Qué les sucede a las moléculas del aire con la energía del sonido?
11. ¿Cómo percibimos los sonidos?
12. ¿Qué es la fotosíntesis?
13. ¿En dónde se almacena la energía de las plantas?
14. ¿Qué sucedería si no existiera la luz?
15. ¿Para qué se usan los paneles de celdas fotovoltáicas?
Pg. 2
16. ¿Qué grandes ventajas tiene la energía solar?
17. ¿Qué desventajas presenta?
18. ¿En dónde pueden eliminarse estas desventajas?
19. ¿Qué medidas ha tomado la NASA para aprovechar esta ventaja?
20. ¿De qué está formada la materia?
21. ¿Qué son los electrones y los protones?
22. ¿Qué hacen los electrones en circunstancias normales?
23. ¿En dónde se encuentran los electrones?
24. ¿Qué sucede cuando un electrón brinca de un átomo a otro para equilibrar sus
protones?
25. ¿Qué es la electricidad estática?
26. ¿Cómo está formado el núcleo de los átomos?
27. ¿Qué mantiene unidos a los protones y neutrones del núcleo?
28. ¿Qué tipo de energía existe en la fuerza nuclear?
29. ¿Qué tipo de energía se libera cuando hay una reacción nuclear?
30. ¿Qué sucede al fusionarse dos isótopos de hidrógeno en el sol?
31. ¿Cuáles son los dos tipos de reacciones del átomo?
32. ¿Cuándo se podrá utilizar la energía solar ampliamente para generar electricidad?
33. ¿Cuál es la forma más común para generar electricidad?
34. ¿Qué nos ha demostrado la fórmula de Einstein?
Pg. 3
III. ANOTA LAS PROPIEDADES DE LA FÍSICA
FUNCIONAMIENTO DE UNA MONTAÑA RUSA.
QUE
ESTÁN
PRESENTES
EN
EL
MONTAÑA RUSA
IV. COMPLETAR EL PÁRRAFO CON LAS SIGUIENTES PALABRAS.
negativamente
átomos
transmisión
contienen
alta tensión
neutro
equilibrada
líneas
neutro
energía
eléctrica
inconvenientes
ausencia
exceso
consumo
industria
electrones
facilidad
motor
positivamente
almacenamiento
alejados
cantidad
utilizada
negativas
carga
generación
núcleo
desprenden
extendida
Los_________en circunstancias normales, ________electrones, y a menudo los que están más
_________del núcleo se __________con mucha__________. Un átomo _______tiene cantidades
iguales de _________eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente________. La
_________de carga ________transportada por todos los __________del átomo, que por convención
son__________, esta _________por la carga positiva localizada en el________. Si un cuerpo
contiene un _________de electrones quedará cargado______________. Por el contrario, con la
__________de electrones un cuerpo queda cargado_____________, debido a que hay más cargas
eléctricas positivas en el núcleo. Este proceso libera grandes cantidades de energía que puede
convertirse en electricidad.
La ________eléctrica es la forma de energía más_________. Gracias a la flexibilidad en la
__________y transporte se ha convertido para la _________y el hogar en la forma más
__________de _________de energía. El transporte de la energía eléctrica por líneas de
_______________es muy ventajoso y el
________tiene un buen rendimiento. Los _______________de esta forma de energía son la
imposibilidad de _____________en grandes cantidades y que las_________ de __________son muy
costosas.
Pg. 4
V. ORDENAR LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS NUMERÁNDOLOS DE ACUERDO A LOS
CAMBIOS DE ENERGÍA QUE OCURREN EN UN AUTOMÓVIL.
)
)
)
)
)
)
)
( )
(
(
(
(
(
(
(
La gasolina se quema.
La energía mecánica se transfiere a las ruedas.
La energía potencial se convierte en energía cinética.
La gasolina del tanque de almacenamiento pasa a los cilindros.
La energía cinética se convierte en energía mecánica.
La energía potencial se libera como calor.
Se accionan las velocidades.
La gasolina se mezcla con el aire.
VI. VER EL VIDEO DEL MINUTO 9 AL MINUTO 17 Y DECIDIR SI LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS
SON VERDADEROS (V) O FALSOS (F).
(
(
(
(
)
)
)
)
(
(
(
)
)
)
(
(
(
(
)
)
)
)
(
)
La energía no puede crearse o destruirse.
La termodinámica no tiene leyes.
La materia y la energía no están relacionadas.
Los electrones no pueden pasar a través de sustancias a temperaturas cercanas al cero
absoluto.
5. La termodinámica estudia las propiedades del calor.
6. La ecuación de Einstein cambió nuestra manera de ver el universo.
7. De acuerdo con la termodinámica, llegará el momento en el que la energía, especialmente el
calor, perderá su equilibrio.
8. La electricidad se puede transmitir a través de sustancias cerca del cero absoluto.
9. Se llega al cero absoluto a -273ºC o -460ºF.
10. Los átomos aceleran su movimiento al aproximarse al cero absoluto
11. La teoría de Einstein es contraria a la teoría que dice que la energía y la materia no están
relacionadas.
12. La termodinámica predice que llegará el momento en que la energía se equilibre.
1.
2.
3.
4.
VII. VER EL VIDEO DEL MINUTO 22 AL MINUTO 26 Y COMPLETAR EL PÁRRAFO CON LAS
SIGUIENTES PALABRAS.
segundo
terminan
tiempos
encendido
inferior
compresión
cerrada
tercer
admisión
escape
válvula
expulsión
pistón
principia
abre
cierra
superior
gases
punto
entrada
En un motor de cuatro_______, el primero es el de_________ , en el que la ________del mismo
nombre se abre y, por la succión que ejerce el _______en su carrera descendente, permite la
_________de un volumen de mezcla igual al desplazamiento del pistón; se _______
aproximadamente cuando éste llega a su punto máximo _______y permanece________, al igual que
la de escape, durante la__________, que es el ________tiempo. El ________y la expansión, o
carrera de poder, constituyen el________ tiempo y al terminar este último, __________el cuarto
tiempo, que es de _________en el que la válvula llamada así, se _______y permite la _________de
los _______quemados. Los cuatro tiempos ________al cerrar la válvula de escape, estando el pistón
aproximadamente en su_______ máximo __________ por segunda vez
Pg. 5
VIII. USA LA TABLA DE LAS LETRAS Y CLAVES PARA COMPLETAR LAS PALABRAS.
ENCUENTRA LAS COORDENADAS QUE FALTAN PARA CADA LETRA DE LAS PALABRAS Y
ESCRÍBELAS EN PARÉNTESIS DEBAJO DE CADA LETRA. SIGUE EL EJEMPLO.
Un felino: G
(3,2)
A
(1,5)
T
(2,5)
O
(2,3)
5
4
3
2
1
A
R
C
Q
L
1
T
M
O
X
V
2
U
P
D
G
E
3
S
I
J
Z
H
4
Y
N
B
F
K
5
.
1. La energía del sonido hace vibrar a ……
____ ____ ____
(1,1)
(2,4)
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(2,3)
(1,3) (3,5)
2. El calor es un sub-producto de la …….
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(5,2) (1,4)
(1,3) (1,3)
3. La reacción que convierte la luz en oxígeno y glucosa es ……..
____ ____
(1,1)
____ ____ ____ ____ ____ ____
(2,3) (2,5)
(4,5) (4,4)
____ ____ ____ ____ ____ ____
(3,1) (4,5)
4. La luz es una forma de radiación …..
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(3,1)
(1,3) (2,5)
(2,4)
(3,2) (5,4)
(2,5)
5. Los electrones tienen carga ……
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(5,4)
(3,2)
(4,4) (2,1)
y los protones tienen carga …………
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(3,4) (2,3)
Pg. 6
6. Los relámpagos son ………
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(3,3)
(4,5) (1,3)
(3,2)
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(3,1) (1,1)
(1,3)
7. La unión de dos átomos ligeros a alta temperatura se conoce como……
____ ____ ____ ____ ____ ____
(5,2) (3,5)
(2,3)
8. La división del núcleo de un átomo liberando energía se conoce como …….
____ ____ ____ ____ ____ ____
(5,2) (4,4)
(2,3)
9. La transferencia de la energía por medio del movimiento se define como….
____ ____
(3,1)
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(2,5)
(1,5) (5,3)
(4,3)
10. En la termodinámica hay …….
____ ____ ____ ____
(2,5)
11.
El ..............................
____ ____ ____ ____ ____
(1,1)
(5,5)
cambió la forma de vida en el mundo entero
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(1,5)
(2,5)
(2,4)
(2,1)
12. Las podadoras de pasto, los botes y las sierras de cadena utilizan motores de …….
____ ____ ____
(3,3)
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(2,5)
(2,4) (3,4)
Pg. 7
13. La mayoría de los automóviles vendidos en Estados Unidos tienen
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(1,4)
(5,4) (4,5)
(4,4) (4,5)
(5,4)
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
(1,5) (3,5)
(2,4)
(4,4) (1,3)
IX. VE EL VIDEO DEL MINUTO 1 AL MINUTO 47 Y RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
SELECCIONANDO LA REPUESTA CORRECTA. OPCIÓN MÚLTIPLE
A. La energía y la materia….
pueden ser destruidas.
pueden aumentar o disminuir en cantidad.
nunca pueden transformarse
pueden transformarse.
B. La energía….
tiene diferentes propiedades.
no puede cambiar de forma.
disminuye cuando cambia de forma.
es un objeto que cambia de forma.
C. La materia…..
se destruye cuando cambia de forma.
aumenta cuando cambia de forma.
puede cambiar de forma
no puede cambiar de forma.
4
Con su fórmula, Einstein demostró que ….
a) la materia no puede ser transformada en energía
b) la materia y la energía no están relacionadas.
c) no era posible cambiar el punto científico conocido hasta ese momento.
d) la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado..
5. Selecciona el enunciado que no es correcto.
La termodinámica …
a) estudia los sistemas que se encuentran en equilibrio
b) nos habla del proceso de igualación de las temperaturas
c) nos habla de la conservación de la energía.
d) nos dice que la energía se destruye cuando se transforma.
6. La mayoría de los propietarios de automóviles ….
a) componen ellos mismos su automóvil.
b) no dependen de su automóvil.
c) saben como funciona su automóvil.
d) no saben cómo componer su automóvil.
Pg. 8
7. Los investigadores automotrices trabajan para…..
a) proteger el ambiente diseñando motores que ahorren combustible.
b) desarrollar automóviles más veloces.
c) diseñar automóviles que consuman más gasolina.
d) cambiar el tamaño del motor del automóvil.
8. La gasolina …..
a) se inyecta en el cilindro en forma de chorro.
b) entra en el cilindro por medio de un inyector
c) escapa por las válvulas.
d) entra al cilindro en forma líquida.
9. Los motores de dos tiempos……
a) tienen dos válvulas
b) son muy complicados.
c) no tienen usos prácticos
d) han creado un gran problema ambiental.
10. El nitrometano…..
a) aumenta los caballos de fuerza.
b) se usó en los modelos Chrysler de los años sesenta.
c) se usa cada vez en menores cantidades.
d) es una sustancia de uso reciente.
11. El torque…..
a) es una fuerza de rotación
c) produce 6,000 caballos de fuerza.
d) aumenta los caballos de fuerza.
e) es la energía del motor.
12.El tren propulsor de un motor …..
a) es la maquinaria más complicada de un motor.
b) pasa el torque del cigüeñal al convertidor de torque.
c) es una rosca con aspas que giran.
d) funciona por medio de fluido hidráulico.
En las décadas de los años 1920 y 1930..
el Ford Modelo T era un auto personalizado.
se podía ordenar un automóvil personalizado.
el Ford Modelo T costaba miles de dólares
el Ford Modelo T se presentaba en varios colores.
Las transmisiones automáticas
cuentan con una velocidad hacia delante y una en reversa.
cuentan con cuatro velocidades hacia delante y dos en reversa..
cuentan con cuatro velocidades hacia delante y una en reversa
son mecanismos muy sencillos.
15. La colección del Blackhawk Automotive Museum……
a) incluye carruajes tirados por caballos.
b) únicamente muestra los autos fabricados entre 1900 y 1910.
c) exhibe un modelo Packard 1939.
d) no incluye ningún automóvil deportivo.
Pg. 9
16. El Edsel …
a) se vendió por muchos años.
b) fracasó porque era muy caro.
c) su diseño era muy avanzado.
d) su ingeniería era deficiente.
17. La exhibición de autos en Detroit es muy importante porque presenta….
a) los automóviles más costosos.
b) las nuevas tecnologías para reducir la contaminación
c) los automóviles más pequeños.
d) los automóviles más antiguos.
X. VER EL VIDEO DEL MINUTO 12 AL MINUTO 28 Y RELACIONAR LAS SIGUIENTES
COLUMNAS. ESCRIBIR EL NÚMERO DE LA ORACIÓN QUE CORRESPONDA PARA
COMPLETAR LA IDEA CORRECTAMENTE.
1.
2.
3.
4.
(
(
(
(
) termodinámica
) inyector
) expansión
) caballo de fuerza
5. ( ) cilindro
6. ( ) chispa
) pistón
) compresión
) tren propulsor
) torque
) biela
) transmisión
) nitrometano
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
(
(
(
(
(
(
(
14.
15.
16.
17.
( ) palanca de velocidades
( ) cigüeñal
( ) admisión
( ) escape
18. ( ) fluido
A) conecta el pistón con el cigüeñal
B) es la cámara donde explota el combustible
C) está formado por barras y engranes.
D) sirve para mover el auto hacia delante o hacia
atrás.
E) ayuda a aumentar los caballos de fuerza
F) es la parte de la física que estudia el calor y
las formas de energía.
G) conducto por el que salen los gases quemados.
H) atomiza e inyecta la gasolina en el cilindro.
I ) tercer tiempo del ciclo de cuatro tiempos
J) forma en que se presentan los líquidos o gases.
K) medida que expresa la potencia.
L) primer tiempo del ciclo de cuatro tiempos
M) se mueve hacia abajo y hacia arriba dentro
del cilindro.
N) partícula que hace explotar la gasolina
O) segundo tiempo del ciclo de cuatro tiempos
P) fuerza de rotación
Q) mecanismo que comunica el movimiento de
una pieza a otra.
R) su fuerza de rotación está conectada al
convertidor de torque.
Pg. 10
XI. ¿CUÁLES SON ALGUNAS DE LAS PREGUNTAS QUE TIENEN QUE CONSIDERAR LOS
DISEÑADORES Y LOS EJECUTIVOS DE UNA COMPAÑÍA AUTOMOTRIZ AL DISEÑAR UN
NUEVO MODELO?
FABRICANTES
Y
DISEÑADORES
XII. VER EL VIDEO DEL MINUTO 21 AL 52 Y DECIDIR SI LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS SON
VERDADEROS (V) O FALSOS (F).
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
) 1. Todos los automóviles funcionan con los mismos principios de la energía
) 2. El motor de dos tiempos es altamente contaminante.
) 3. La gasolina se inyecta en las válvulas.
) 4. Los automóviles europeos modernos tienen motores de dos tiempos.
) 5. El pistón en los motores de dos tiempos actúa como válvula.
) 6. Los dragsters modernos tienen mucha potencia.
) 7. El motor del Dyke 1903 tenía 4 cilindros y 6 caballos de fuerza.
) 8. Los caballos de fuerza de un motor aumentan con el uso del nitrometano.
) 9. La transmisión automática es un mecanismo muy sencillo.
) 10. La transmisión automática ha permanecido sin cambios durante mucho tiempo.
) 11. El Oldsmobile 1902 fue realmente el primer vehículo que se apartó de la idea de los carruajes
tirados por caballos.
) 12. El Stutz Bearcat 1912 era un auto deportivo.
) 13. El motor del Moor 1902 se encontraba al frente de los asientos.
) 14. El diseño de un nuevo automóvil tiene que iniciarse en la parte exterior.
) 15. Los componentes más importantes en el diseño de un automóvil son el conductor y los pasajeros.
) 16. La tendencia en el diseño y fabricación de los nuevos automóviles es reducir el espacio interior
) 17. Con la ayuda de la computadora se fabrica un modelo del nuevo automóvil, hecho de barro y del
tamaño natural.
) 18. El interior de los nuevos automóviles no se ha modificado.
) 19. El mejor diseño de un automóvil es aquel en el que hay una perfecta fusión entre el arte y la
tecnololgía.
Pg. 11
) 20. El Molt Taylor Aerocar, construído en 1947, era un auto que podia volar.
) 21. El Amphicar era un auto que podia flotar.
) 22. El primer automóvil familiar con turbina de gas fue fabricado por la Ford Motor Company.
) 23. El Edsel de la Ford Motor Company tuvo un gran éxito.
) 24. Como resultado de los miles de accidentes automovilísticos en 1965, el gobierno estableció
normas de seguridad más rigurosas.
( ) 25. Los modelos Amphicar y Aerocar fueron diseñados en Estados Unidos.
( ) 26. En la actualidad hay 50 millones de automóviles circulando en el mundo.
( ) 27. Los automóviles eléctricos funcionan con baterías
( ) 28. La célula de combustible es lo mismo que una batería.
( ) 29. Las células de combustible no son costosas.
( ) 30. El hidrógeno es altamente inflamable al aire libre.
( ) 31. El hidrógeno puede producirse por medio de la energía solar o eólica.
( ) 32. Los automóviles robóticos están equipados con sensores que les indican el camino.
( ) 33. El volante y los frenos de un auto robótico serán controlados por medio del radar.
(
(
(
(
(
XIII. ANOTA EL NOMBRE DE ALGUNOS DE LOS AUTOMÓVILES QUE SE PUEDEN VER EN EL
BLACKHAWK AUTOMOTIVE MUSEUM.
BLACKHAWK
AUTOMOTIVE
MUSEUM
Pg. 12
XIV. COMPLETAR LOS PÁRRAFOS CON LAS SIGUIENTES PALABRAS.
combustible
protección
explosivo
eléctricos
revolucionar
inflamable
automóvil
silenciosos
contaminantes
dispersa
hidrógeno
avance
liviano
célula
batería
emisión
medio ambiente
reducción
sistemas
investigaciones
NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA PROTEGER EL AMBIENTE
Los automóviles eléctricos son un plus para la _________del medio ambiente. Exteriormente, las
diferencias entre los automóviles __________y los modelos de gasolina o diesel son escasas.
Propulsados por un motor eléctrico y alimentados por una_________, los automóviles eléctricos son
vehículos ___________que se integran perfectamente a la circulación en la ciudad y representan una
respuesta al problema de la contaminación urbana.
La _______de combustible es otro ________tecnológico para la protección del____________. La
célula de combustible es el corazón del motor de___________, un sistema de propulsión radicalmente
diferente al de los vehículos convencionales.
El motor de hidrógeno es uno de los candidatos más firmes a __________el mundo del
____________dentro de una o dos décadas. Se han desarrollado investigaciones en diversos países
sobre la utilización de hidrógeno como___________. Las investigaciones se han centrado sobre todo
en la utilización de este combustible para transporte en los grandes centros urbanos.
El hidrógeno es muy ___________pero la gasolina también lo es. Además, el hidrógeno no es
___________y si no hay una fuente de ignición, es muy improbable que el hidrógeno se prenda al aire
libre. Si se adoptan ___________de seguridad adecuados, es muy poco probable que se produzca
una explosión El hidrógeno es más __________ que el aire y se __________rápidamente, por lo que
su riesgo de inflamación o explosión en un espacio abierto también es muy inferior al de la gasolina.
______________desarrolladas en los Estados Unidos indican que si el 10% de los vehículos ligeros
utilizasen células a combustible existiría una ___________ anual de los ____________ atmosféricos
de 1 millón de toneladas y una reducción anual de _________de dióxido de carbono del orden de 60
millones de toneladas.
Pg. 13
XV. SOPA DE LETRAS
ENCONTRAR LAS SIGUIENTES PALABRAS:
PISTÓN
TORQUE
CONTAMINACIÓN
MATERIA
FÍSICA
ELECTRÓN
TECNOLOGÍA
AUTOMÓVIL
HIDRÓGENO
SOLAR
CILINDRO
CINÉTICA
ÁTOMO
ELECTRICIDAD
TERMODINÁMICA
EÓLICA
TRANSMISIÓN
FISIÓN
MOTOR
TRABAJO
E
J
D
T
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ENERGÍA
FOTOSÍNTESIS
MASA
POTENCIA
PROTÓN
ELECTROMAGNÉTICA
FUSIÓN
GASOLINA
INYECTOR
BIELA
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XVI. ACTIVIDAD
Haz una ilustración de un automóvil del futuro, explica sus características innovadoras y el tipo de
energía no contaminante que va a utilizar.
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