INDICEINTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………….……………………. ORGANIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS…………………………………………………………………………… BLOQUE I EL UNIVERSO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS………………………………………………………………… BLOQUE II . LOS CONCEPTOS DE LA FÍSICA……………………………………………………………………………………… 14 9 3 4 MATERIAL DE APOYO BLOQUE I EL UNIVERSO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS ALFABETIZACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA A.Viches, D.Gll y J. Solbes…………………………………….………………………………………………………… LA FÍSICA EN NUESTRA VIDA COTIDIANA Y LA FÍSICA COMO AVENTURA 23 20 INTELECTUAL NICOLAAS BLOEMBERGEN………………………………………….…………………………………………………… SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD ANA MARIA SANCHEZ Y JULIA TAGUEÑA………………………………………………………………………………………….……………………………… 27 LA FISICA EN LATAS……………………………………..………………………………………………………………… 35 EL DESARROLLO DE LA FÍSICA EN MÉXICO MANUEL SANDOVAL VALLARTA……………………………….……………………………………………………… BLOQUE II LOS CONCEPTOS DE LA FÍSICA REFLEXIONES EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGÍA: IMPLICACIONES CURRICULARES C. SEVILLA SEGURA Instituto Isabel Villena, Valencia, España……………………………………………………………………..… 94 46 1 SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD ANA MARÍA SÁNCHEZ Y JULIA TAGUEÑA………………………………………………………………………………………..………………………………… 103 CRISIS EN EL AULA LEON LEDERMAN……………………………………………………………………………………………………………… ¿VALE LA PENA ENSEÑAR FÍSICA? DOLF K. MACHOLD…………………………………………………………………………………………………………… 118 111 2 INTRODUCCIÓN La formación de los futuros maestros de Física requiere de una forma especial de acercarse al conocimiento de la disciplina. Además de comprender los conceptos de la Física, un maestro de educación secundaria debe tener una visión global de esta ciencia y considerar el papel que ha jugado en el desarrollo intelectual y técnico de la humanidad, su importancia social y la forma en que los alumnos de la escuela secundaria pueden aprender de una manera más significativa. Esta materia del plan curricular proporciona los primeros elementos para que los alumnos maestros avancen en esta comprensión integral de la física. La forma en que evoluciona la ciencia, la construcción de los conceptos de la Física por parte de los científicos, está condicionada en gran medida por los factores sociales que provienen, por un lado, de la propia comunidad científica y, por otra, del contexto social y cultural en que los físicos se mueven. La física que se hace en las instituciones de investigación y en los laboratorios requiere profundizar en una rama de la disciplina, creatividad, imaginación, pero también habilidades de pensamiento crítico y rigor en la metodología de trabajo para asegurar que los resultados que se obtienen en el trabajo del científico sean válidos. La Física que se enseña en el salón de clase comparte algunos de estos elementos, es decir, cuando se enseña física a los alumnos debe mostrárseles que se trata de una disciplina desarrollada por personas normales y sujetas a presiones y dificultades como cualquier otra, pero debe mostrárseles al mismo tiempo que la sistematización en la forma de acercarse a la naturaleza distingue el trabajo del científico del trabajo de quien se dedica a otras actividades profesionales. Por otra parte, cuando los conceptos de la física se llevan al salón de clase, no puede enseñarse descontextualizados de las circunstancias que les dieron origen y de las circunstancias en que se encuentra el aprendiz. Es por ello que puede considerarse la Física que se enseña en clase de la que desarrolla el científico. Las bases conceptuales son las mismas, pero en la enseñanza es necesario invertir los conceptos de una estructura que no tiene cuando los científicos trabajan. Es necesario transponerlos y hacer ostensibles algunas características de los conceptos que hacen que tenga sentido y significado para el alumno que se acerca a la ciencia sin el conocimiento y la preparación que tienen un científico que está desarrollando los nuevos conceptos de la disciplina. Cuando se toma en cuenta esta labor de transposición del conocimiento de la Física al salón de clase, se hace más patente la necesidad que tiene en alumno maestro de reflexionar sobre la física no únicamente a través de aprendizaje sólido de sus conceptos, sino pensando al mismo tiempo en las necesidades de los alumnos, en forma en que los conceptos pueden llevarse al salón de clase para satisfacer la curiosidad y motivar a un grupo heterogéneo de estudiantes. Esta asignatura presenta una visión general de la física en la que se integran los aspectos conceptuales de la disciplina con los aspectos didácticos permitiendo al maestro en formación lograr un conocimiento más profundo de las dificultades que enfrentan los alumnos y los profesores frente al aprendizaje y la enseñanza de la Física, de los conceptos de la Física en sí y de las relaciones de la Física con otras disciplinas. Se presenta un panorama de conocimientos científicos en términos de las necesidades de enseñanza orientadas a profundizar en las posibilidades de una didáctica más activa, en la que se da oportunidad a los alumnos de reflexionar sobre aspectos diversos de la disciplina y de ir integrando los conceptos fundamentales de la misma, de forma tal que le 3 a partir de él. de manera breve. que permiten iniciar el estudio de otros fenómenos que se presentan en mayor complejidad y que requieren de un nivel más desarrollado de abstracción y de habilidades más específicas. Se hace énfasis en las habilidades de pensamiento científico básico. las características y unidad propias de los fenómenos físicos y de sus explicaciones. se analiza la vinculación entre los conceptos científicos. Así mismo. También se pretende que analicen. la presencia de la física en la mayoría de las actividades diarias. para adquirir habilidades que le aprueben desenvolverse en la vida cotidiana y relacionarse con su entorno. lo que tienen en común y lo que los diferencian.permitirán entender con mayor profundidad los fenómenos que le rodean y los adelantos científicos y tecnológicos. que se acerque a la forma de comprender los fenómenos físicos. En el Bloque II "'Los conceptos de la Física" El propósito de este bloque es de proporcionar una primera revisión sistemática de algunos conceptos fundamentales de esta ciencia a través de la explicación de fenómenos físicos básicos. con el mundo del trabajo. el proceso de transformación del conocimiento científico y de construcción de las teorías científicas en el campo de la física. El objetivo de este bloque es que los estudiantes obtengan una visión inicial del aparato conceptual de la Física y que reconozcan. de la producción y del estudio. energía conservación e interacción) se 4 . con la finalidad de que el normalista haga consciente la vinculación entre el aprendizaje y la enseñanza de contenidos disciplinarios y procedimentales asociados a temas de Física. Mediante una selección de conceptos científicos básicos (materia. En cada uno de presentan los temas de estudio y la bibliografía básica para su análisis. En el bloque I "El universo de los fenómenos Físicos" El propósito de este bloque es que los alumnos normalistas reflexionen acerca de la visión que la Física presenta de la naturaleza. se pretende que el alumno logre sistematizar y dar sentido a una cultura científica y tecnológica que le permita aproximarse y comprender la complejidad y globalidad contemporánea. es decir. es. cambio. de acuerdo con las necesidades e intereses particulares de maestros y estudiantes. ORGANIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS El curso está organizado en tres bloques temáticos. decir. mediante una selección de actividades referidas a fenómenos cotidianos. la metodología del trabajo de la Física y de la forma en que se pueden estudiar con rigor los fenómenos naturales de manera que se encuentren y validen respuestas a problemas específicos. de modo que comprendan el proceso que utilizan los profesionales de la disciplina para validar el conocimiento de los fenómenos físicos. Se analiza. además de un apartado de bibliografía complementaria cuya finalidad es ampliar la información de los temas correspondientes. hacer preguntas. Se propone discutir la división de los fenómenos naturales en Física y Química. El sentido de este bloque es que los estudiantes apliquen y relacionen los conceptos fundamentales de la Física a una variedad de temas científicos y tecnológicos. así como el concepto de simetría en la naturaleza. En este bloque se propone también seguir haciendo explícitas la relación de algunos contenidos con la metodología del trabajo de la Física vinculadas al desarrollo de habilidades. diferenciando las interacciones de las fuerzas. sugerente y accesible que el propio entorno natural y tecnológico. También se analiza el concepto de cambio como una forma para iniciar la caracterización de algunas propiedades de las leyes físicas de la naturaleza: la dirección determinada en que ocurren algunos fenómenos. que los estudiantes normalistas identifiquen a la física como una obra eminentemente humana que se enriquece. la energía. que los propios normalistas recuperen y ejerciten la capacidad de observa. así como el planteamiento de problemas que continúan sin respuesta. entonces. Con la revisión de estos temas se propone continuar con el desarrollo de la capacidad de los normalistas por hacer preguntas y buscar respuestas. y que aprender a aprovecharlos es un recurso didáctico de valor incomparable. valores y actitudes que se fomentan al estudiarla. por medio de los fenómenos y artefactos con que convivimos. y que reconozca algunos avances que ha logrado hasta la fecha. En el tercer tema se estudian las interacciones como procesos de intercambio de materia y energía entre cuerpos o sistemas. pero cuya apropiación presenta dificultades porque la mayoría de nosotros no adquirió o a aprendió el hábito de mirar con atención y curiosidad el medio que nos rodea. la conservación y las interacciones. Se busca.comienza a comprender la visión de la naturaleza. con la finalidad de que el normalista identifique las diferencias entre el trabajo científico y el del docente. los alumnos podrán identificar las principales características de la materia y de la energía. Se trata de una idea sencilla. para consolidar la comprensión de la materia. que tienen su origen en la curiosidad humana. con la finalidad de que el normalista conozca los horizontes actuales de la disciplina que le permitan contextualizar su 5 . Será útil. para su desempeño profesional. Con este concepto se pretende que el estudiante normalista caracterice de manera clara el objeto de estudio de la Física e identifique sus particularidades. que es un concepto más restringido y que se refiere solo algunas formas de interacción. con la finalidad de aplicar los conceptos científicos fundamentales para identificar un aspecto fundamental de la naturaleza: la dirección en que ocurre los cambios y su relación con la energía y algunas características de las leyes físicas. se relaciona el aprendizaje de la Física en este nivel con el currículo de educación secundaria. como conceptos centrales para lograr una visión física unificar e integral de la naturaleza. el cambio. asombrarse y aventurar respuestas tanto sobre fenómenos físicos del entorno natural como de otros más amplios. con la introducción de ejemplos cotidianos. se transforma y se corrige a través del tiempo. Se pretende que rechacen de manera informada y crítica la imagen de la Física como una colección de conocimientos ordenados y acabados. que los estudiantes se convenzan de que no existe un medio educativo más variado. Finalmente. Para cerrar el curso se revisan algunos temas científicos que están en desarrollo. Al revisar la secuencia de los contenidos. así como de su principio de conservación. La tarea inicial es. 3.. desechen sus ideas y se apropien de las nociones y explicaciones dadas por el maestro. y que éstas ideas plantean a los docentes la necesidad de ajustar los objetivos de enseñanza u concebir a las estrategias didácticas y a los medios de enseñanza como puentes entre lo que se considera valioso como meta del aprendizaje y el potencial de los alumnos para aprender en función de su desarrollo cognitivo.Promover sistemáticamente la observación y el contacto de los estudiantes normalistas con los adolescentes en relación con el conocimiento de la naturaleza y el aprendizaje de IaF. Debe evitarse el riesgo común de que el material de lectura sea visto como algo separado del trabajo aplicado.desempeño profesional a través de temas de actualidad e interesantes. ORIENTACIONES GENERALES PARA EL DESARROLLO DEL CURSO A continuación se enuncian algunas recomendaciones de trabajo que sería conveniente desarrollar a lo largo del curso. deberá regresarse a la lectura del programa para precisar por qué y para qué trabajar determinados contenidos y actividades.. la secuencia de sus componentes y el tipo de trabajo que se espera de cada quien. la discusión y la actividad práctica. Si el maestro advierte que algunos alumnos muestran dificultades en el manejo de la bibliografía puede promover la formación de círculos de estudio que funcionen temporal o continuamente. sin esperar que. 1. solo por asistir a clase. que sea compartido por el maestro y los alumnos. cuando sea necesario. solicitando la colaboración de los alumnos más adelantados. Será provechoso que. 6 . 2. Una oportunidad de hacerlo la ofreció la asignatura de Observación del Proceso Escolar. 5. su interés y su curiosidad. Debe asumirse que la mejor forma de demostrar una buena lectura es incorporando su contenido al análisis. así como contar con referentes para iniciar la comprensión de las explicaciones físicas que se formularán en el futuro.Lograr un conocimiento de los fines y contenidos de este programa. La enseñanza y el aprendizaje orientados a favorecer el cambio conceptual y debe tomar en cuenta que las ideas previas mantienen estabilidad propia que las hace persistentes en los esquemas cognitivos en los alumnos. el libro del maestro y los textos de los alumnos de secundaria. y anticipen algunos de los retos y dificultades pedagógicas que enfrentarán en su vida profesional. Ello permitirá que los alumnos normalistas experimenten situaciones que vivirán sus alumnos.. y con las labores externas de los alumnos en la observación del proceso escolar. sin embargo. al iniciarse el curso..Incluir actividades en el programa de trabajo del grupo en las cuales los estudiantes lleven a la práctica las observaciones y la indagación que en temas especialmente relevantes proponen los programas de educación secundaria.Asegurar una lectura comprensiva de la bibliografía básica y vincular las ideas que en ellas se presentan con las actividades que se realicen en clase. que se lee por obligación y está sujeto a formas poco eficaces de control. 4.Aprovechar los conocimientos y experiencias del alumno adquiridos fuera o dentro de la escuela para logra así el acercamiento al conocimiento cinético. Durante el curso. el maestro y el grupo analicen conjuntamente el programa para que queden claros sus propósitos formativos. sus ideas previas.. hemerotecas o centros de documentación de otras instituciones educativas... Estas normas son útiles porque evitarán una frecuente deformación del trabajo de equipo que fracciona temas de aprendizaje.. con base en las actividades que al final del curso presentan. 7.deberá alentarse a los estudiantes para que busquen y aprovechen todas las ocasiones informales para hacerlo. la distribución equitativa de las tareas y el carácter realmente colectivo del análisis. entre otras. trabajo. El maestro y los estudiantes deberán estar atentos a la detección oportuna de deficiencias y vacíos que pueden existir en la formación individual. Es claro que numerosas actividades de aprendizaje deben realizarse individualmente.Propiciar el análisis de los resultados de las jornadas de Observación del Proceso Escolar. registros de observación y de resultados de los experimentos. que le será útil para ordenar y clasificar su para evaluar.. como elemento 10. sea con grupos escolares a los que tengan acceso o en su entorno familiar y de resistencia. eventualmente. Se sugiere establecer como criterio que los equipos no se integren con más de cinco elementos.Los criterios y procedimientos para EVALUAR los conocimientos. en tanto que otras se benefician del esfuerzo de un grupo de trabajo. Es necesario tomar en cuenta la evaluación como proceso permanente. no permite que los estudiantes visualicen los contenidos en su conjunto y oculta desequilibrios injustos en el esfuerzo realizado por cada uno de los alumnos.Propiciar la redacción de notas de lectura. 9. deben utilizarse el material videograbado y los programas de informáticas educativas disponibles en la biblioteca de la escuela y accesibles en los Centros de Maestros. Así mismo. 6. La familiarización con las formas de percepción y reflexión de los adolescentes.Establecer un adecuado equilibrio entre el trabajo individual y el de equipo que realicen los alumnos. diseños de actividades didácticas para el trabajo en el aula de la escuela secundaria. 8. Es conveniente que cada alumno integre a lo largo del curso una carpeta personal con los productos del aprendizaje. en un futuro trabajo profesional y. que permita identificar los 7 . y consultarla durante los siguientes semestres. de sus reacciones ante estímulos cognitivos que poseen un propósito claro. En ocasiones puede ser de interés acudir a las bibliotecas. las habilidades y actitudes que los estudiantes adquieren durante el estudio de los temas del curso deben ser congruentes con los propósitos y las orientaciones didácticas que se han señalado. En este último caso deben observarse ciertas normas mínimas que aseguren la eficacia de esta modalidad de organización didáctica: la planeación clara del trabajo. la discusión y la elaboración del resultado final del trabajo.-Realizar actividades complementarias de estudio fortalecen la formación disciplinaria básica de la Física. permitirá que los estudiantes desarrollen su sensibilidad y su capacidad de empatía hacia la perspectiva desde la cual los adolescentes miran y tratan de dar sentido al mundo que los rodea. los textos escritos y las indagaciones que estos realicen. la evaluación no requiere acciones ni productos distintos de los que se generan en el proceso de enseñar y aprender. La habilidad para vincular las elaboraciones teóricas con el análisis de las situaciones educativas relacionadas con la enseñanza y el aprendizaje de la Física. Física y Química. Para que los estudiantes tomen conciencia de los compromisos y tareas que les corresponde asumir. síntesis y argumentación. y deben. es conveniente que al iniciar el curso acuerden con el maestro los criterios de evaluación. debe aprovecharse la participación de los alumnos en la clase. Cuando se considere necesario que los alumnos muestren sus niveles de logro por medio de un desempeño destinado específicamente a la evaluación. comprensión. sino las actitudes que los alumnos manifiesten ante el trabajo individual y de grupo. además aporta información que el maestro puede aprovechar para tomar decisiones que contribuyan a mejorar sus formas de enseñanza. En este caso. Para evaluar. juicio crítico. Las características de este curso y el tipo de actividades que se realizan requieren de prácticas de evaluación diversas que evidencien no solo los conocimientos que se adquieren. a partir del análisis de los contenidos propuestos en los programas de estudio de ese nivel. El interés que muestren los estudiantes por acercarse al conocimiento científico.avances y las dificultades en el aprendizaje de los estudiantes. 8 . relación. De esta manera tendrán los elementos básicos para reconocer aquellos campos específicos en los que requieren fortalecer su formación profesional. La comprensión de las intenciones educativas de la enseñanza de la Física en la secundaria. Una combinación de éstas podrá ayudar a utilizar los instrumentos adecuados para cada situación que se necesite evaluar. asimismo. proporcionar información sobre rasgos como los que se enuncian enseguida. Para lograr lo anterior se sugiere tomar como base las recomendaciones de evaluación de los libros para el maestro de Biología. los instrumentos que se elijan deben plantear retos para que los estudiantes apliquen su capacidad de análisis. hacia los adolescentes y la naturaleza. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA * "Alfabetización científica y tecnológica" de A Viches. Gil y J.-Acercamiento de la Física a través de fenómenos naturales específicos. Temas 1. que se acerque a la forma de comprender los fenómenos físicos y analice mediante una serie de actividades referidas a fenómenos cotidianos. Resnick TEMA I. Solbes. Stephen Hawking *El desarrollo del sistema cognitivo y la enseñanza de las ciencias. * Libro para el Maestro de educación secundaria. Luren B.-ACERCAMIENTO DE LA FÍSICA A TRAVÉS DE FENÓMENOS NATURALES ESPECÍFICOS. es decir. ACTIVIDADES SUGERIDAS 1.BLOQUES TEMÁTICOS BLOQUE I EL UNIVERSO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS El propósito de este bloque es que el alumno normalista reflexione acerca de la visión que la Física presenta de la naturaleza. tercera edición 2001 * "Video La enseñanza de la física en la escuela secundaria" * "La Física en nuestra vida cotidiana y la Física en nuestra vida intelectual"Nicolaas Bloembergen "Física en latas" Programa Nacional de Actualización Permanente "'El desarrollo de la física" Sandoval Vallarta . D. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA *La unificación de la física. destaque la presencia de la Física en la mayoría de las actividades diarias.-Leer los propósitos de los bloques temáticos e identificar la relación que se encuentra con el curso "Introducción a la enseñanza de la Física 3er semestre" y expresarla en un breve texto donde destaque principalmente los siguientes temas: ¿Para qué enseñar Física en la Escuela secundaria? 9 . Rolando García *Las aproximaciones pedagógicas y las concepciones conflictivas. 2.-Cómo estudia la Física los fenómenos naturales. de modo que comprenda el proceso que utilizan los profesionales de la disciplina para validar el conocimiento de los fenómenos físicos. el proceso de transformación del conocimiento científico y de construcción de las teorías científicas en el campo de la Física. Además que analice de manera breve. donde se aplique el anterior ejemplo? ¿Tendrá alguna relación con el diseño de los tornillos? ¿Con las trayectorias de ascenso y descenso de los aviones? Explicar semejanzas y diferencias.Explicar semejanzas y diferencias. 3. Gil y J. En base a la información del texto y con el dispositivo construido simular y explicar el funcionamiento del submarino. de acuerdo a los siguientes aspectos: *A qué se refiere el autor cuando habla de una Educación científica forma parte de una educación general. 154. En la parte baja del escenario tensar un alambre. Colocar las figuras sobre el alambre.-Presentar el escrito en plenaria y llegar a conclusiones generales del grupo. Solbes. D. ¿Pierden el equilibrio las figuras? ¿Por qué se mantienen fijas al alambre? ¿De qué manera es más fácil producir el movimiento en las figuras? ¿Qué tipo de movimiento se logra producir?.. En la parte superior del teatro fijar un imán de herradura. *A qué se refiere cuando puntualiza una alfabetización científica práctica. *Qué aspectos destaca la lectura como dimensiones de enseñanza científica. 4.-¿Carreteras sin sentido? ¿Por qué crees que las carreteras que ascienden por terreno montañoso tienen curvas? ¿No sería mucho más fácil recorrerlas por línea recta? ¿Conoces algún ejemplo de la vida cotidiana. científica cívica y científica cultural.-El diablillo de Descartes Construir el dispositivo llamado "el diablillo de Descartes" que se encuentra descrito en el libro del Maestro de educación secundaria. Física Pág. 5.De la lectura "Alfabetización científica y tecnológica" de A Viches. ¿Qué sucede con las figuras? ¿Por qué? ¿Qué sucede si no se respeta la condición señalada? Tirar ligeramente del alambre o mover ligeramente el imán. Y anotar de forma individual las ideas principales del autor comentarlas ante el grupo. 10 .-Teatro mágico Construir un escenario de teatro de cartón (aprovechar una caja recortada a lo ancho).¿Que Física enseñar y por qué? ¿Cómo enseñar Física en la escuela secundaria? 2. Recortar figuras de papel de bailarines en distintas posiciones y pegar en su parte superior una aguja metálica. 6. Desarrollarlo por equipos socializarlo ante el grupo explicar diferencias y llegar a puntos de acuerdo. con la única condición de que la longitud del bailarín sea igual a la de la aguja. ¿Funcionarán de igual manera los trenes magnéticos? ¿Los elevadores? . Bloembergen. Bloembergen para acercarse a la ciencia? b) ¿Qué investigación relevante hizo Bloembergen? c) ¿Qué avance ha propiciado el rayo láser? d) ¿Cuál es el planteamiento global del artículo? 11 . 8.Mediante un guión específico analizar las cápsulas de apoyo del "video La enseñanza de la física en la escuela secundaria": ¿Qué contenido de Física se desarrolla en la cápsula? ¿Qué situaciones cotidianas o instrumental se utiliza para inducir al contenido? ¿Qué tipo de actividades son planteadas durante el desarrollo del video? ¿Qué habilidades y que destrezas se pueden fomentar con estos ejemplos? ¿Que ventajas tiene el desarrollo de los temas de Física a partir de fenómenos naturales y del desarrollo tecnológico específico? ¿Cuál es la imagen que se proyecta en éstas cápsulas? 9. un integrante de cada equipo expondrá las respuestas a las que llegaron. 7.-A manera de conclusión del primer tema. comentar Judas y resolverlas entre todo el grupo.. TEMA II COMO ESTUDIA LA FÍSICA LOS FENÓMENOS NATURALES 10.De que manera esta presente la Física en el entorno y en los hechos cotidianos? i.-Una vez analizado la información de los videos presentar al grupo sus comentarios de manera individual y concentrar de manera general un ensayo grupal con el nombre de "La Física: una aventura de pensamiento".A partir de la lectura del artículo de N. ¿Qué le recomendaría al buzo que se encuentra a 30 metros de profundidad y por emergencia tiene que ascender? ¿Que libere todo el aire que tiene? ?¿Que lo retenga lo más posible? ¿Que lo administre soltando poco a poco? ¿Por qué? Una vez concluido el análisis y la resolución de las preguntas de cada situación. "La Física en nuestra vida cotidiana y la Física en nuestra vida intelectual" responda las siguientes preguntas: a) ¿Qué llamó la atención de N. en caso de que queden respuestas sin resolver organice el grupo e investigue esas dudas y posteriormente comunicar de manera grupal sus resultados..¿Por qué flota en el agua un submarino que pesa varias toneladas y una piedra de un kilogramo se hunde? ¿Los cambios en la densidad del agua a gran profundidad no deberían hacer inestable al submarino? ¿Los peces emergen y se sumergen igual que el submarino?.De que manera favorece el estudio de la Física el planteamiento de situaciones especificas? Incorpora a la discusión los conocimientos previos de lecturas y vivencias anteriores. realice una mesa redonda donde discuta las siguientes cuestiones: . 14.-Con base en las ideas expuestas en el artículo. ¿Las máquinas de vapor funcionaban de igual manera? 15.-Elaborar conclusiones de manera general en el grupo. el tratamiento de datos y la obtención de resultados. sobre como estudia la Física los fenómenos naturales y como deben plantearse estos en la escuela secundaria. la colección de viajeros del conocimiento. la elaboración de hipótesis. Construir según el diseño los motores de agua y vapor de acuerdo a las especificaciones que se sugieren. Copérnico.Revisar la sección de "Física en latas" de la enseñanza de la Física en la escuela secundaria del Programa Nacional de Actualización Permanente.-Organiza la exposición de las conclusiones ante el grupo.-Selección en equipos. haga una lista de al menos cinco problemas cotidianos que podrían usarse en clase. además determina su funcionamiento en términos de conservación de la energía. Newton Einstein. Kepler. señale los conceptos empleados 12. la abstracción. de acuerdo al enfoque y propósitos del libro de Física del maestro de Educación Secundaria. Escribir un texto con las ideas principales de las lecturas y con las aportaciones a la física de los personajes mencionados *La contribución de la Física realizada por el personaje *El método de trabajo que de manera general utilizó *El papel que jugó el conocimiento aceptado hasta el momento *El papel que jugó la experimentación *EI papel que jugó la tecnología *El papel que jugó la Matemática *El papel que jugó los hechos cotidianos 13.Conseguir algunos pares de patines para simular choques. 14.-Realizar un diseño experimental donde se convierta: -La energía luminosa en energía cinética -La energía calorífica en energía cinética Después identificar algunas aplicaciones tecnológicas del principio aplicado en el diseño. algunos de los siguientes personajes de la historia de la Física: Arquímedes. Concluir con la elaboración de una línea del tiempo utilizando los datos obtenidos por los diferentes equipos y finalizar con una discusión sobre los métodos de trabajo actuales de la Física. galileo. Dibujar con líneas sobre el piso las 12 . la experimentación.. en relación con el tema de los cuerpos sólidos y fluidos..11. 16. argumentar el papel de la observación. 13 . "El desarrollo de la física".. gráficas.-Elaborar conclusiones grupales de como estudia la física los fenómenos naturales. cálculos de relación numérica) calcular las velocidades. Elabore una síntesis por punteo y escriba un ensayo de dos cuartillas sobre el papel de los científicos mexicanos en el desarrollo del país. utilizar algunas de las técnicas para sistematizar la información de los datos (tablas. y la relación que existe con el enfoque del programas de Física de secundaria. 18. 17.trayectorias de los patinadores antes y después de la colisión (puedan ser varios compañeros que al chocar se abracen para formar un solo equipo). Elaborar hipótesis sobre las relaciones entre el ángulo formado y: *La velocidad de los patines *La masa de los patinadores *Medir varios de los ángulos formados por las trayectorias de los choques.Del artículo de Sandoval Vallarta. De manera previa seleccionar un texto de reciente edición que esté operando en la escuela secundaria en la asignatura de Física I II y respondan a las siguientes preguntas: *¿Qué es la materia? *¿Qué subtemas se estudian al introducir el tema de materia en la educación secundaria? *¿Es lógica la secuencia de los subtemas? ¿Por qué? *¿Cómo plantea el desarrollo del tema los autores de los textos Investigados? *¿Se utiliza alguna situación específica para contextualizar? 14 . *Textos reciente edición de secundaria de la Asignatura Física I y Física II *"Reflexiones entorno al concepto de energía: implicaciones curriculares.J. Principio de conservación La energía. Brody 20 *La máquina de movimiento perpetuo. Juan Tonda ACTIVIDADES SUGERIDAS TEMA 1 "LA MATERIA. Universidad e Industria. Tomas A. características. Saura Llamas *Ciencia. García Arques.Sevilla Segura *Libro del maestro de Física de educación secundaria *"Sobre la superconductividad" de Ana María Sánchez y Julia Tagueña BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA *Microfísica.BLOQUE II . que permitan iniciar el estudio de fenómenos que presentan al iniciar el estudio de otros fenómenos que presentan una mayor complejidad y que requieren de un nivel más desarrollo de abstracción y de habilidades específicas TEMAS La materia. PRINCIPIOS DE CONSERVACIÓN" 19. Fuerzas BIBLIOGRAFÍA BÁSICA. A. LOS CONCEPTOS DE LA FÍSICA El propósito del bloque es propiciar una primera revisión sistemática de algunos conceptos fundamentales de esta ciencia a través de la explicación de fenómenos físicos básicos. tipos y principios de conservación Las interacciones entre materia y energía. Pro Bueno y 0. Propiedades y estructura. PROPIEDADES Y ESTRUCTURA.. J. Luis de la Peña *Planificación de una unidad didáctica: el estudio del movimiento. Pág. *2 cables de •20 de 50 cm. de longitud. 21.20. *1 pulsera de plata. 22. 40. 15 . *1 agitador. de largo. *Mencione las instrucciones para realizar la demostración de la unidad de la electrólisis. *1 cucharada cafetera vieja y oxidada. para construir analizar y exponer el tema utilizando los siguientes materiales. un cable de los que llevaron de 50 cm. coloque en uno de los polos que quedan libres. de largo. *Observe muy bien las características físicas de los materiales (esclava y cuchara) y descríbalas en su cuaderno. *1 cable de 10 cm. *1000 ml de agua.-De manera aleatoria que cinco alumnos expongan lo investigado y que el grupo enriquezca el análisis de los comentarios. Sugiera que respondan las siguientes preguntas: Explique el proceso de descomposición por electricidad. *1 balde o frasco de boca ancha. *Conecte entre sí el polo negativo de una pila con el positivo de la otra. *1 gramo de nitrato de plata.Responder las siguientes situaciones en equipo y discutirlas en plenaria a fin de formarse una idea de lo que para la Física es la materia. Material: *2 pilas de 6 voltios..¿La materia se conserva? Se integran equipos. ¿Qué tipos de cambios ocurren en este proceso? ¿Qué otro nombre recibe la descomposición por electricidad? *Mencionen algunas actividades humanas en las que se aprecie la utilidad de este proceso.. Relacionar estas situaciones con los errores frecuentes de los estudiantes de secundaria que aparecen en el libro para el maestro. conecten en el polo libre el extremo del cable suelto. TIPOS Y PRINCIPIOS DE LA CONSERVACIÓN" 23. *Transcurrido el tipo pida que con mucho cuidad desconecten uno de los polos de la pila. tanto a la pulsera como la cuchara. *Escriban lo observado. y observen lo que sucede durante 20 minutos. sumerjan los materiales en la solución de nitrato de plata. y elabore una síntesis de lo más relevante que relata el autor.. "Reflexiones entorno al concepto de energía: implicaciones curriculares". 26. *Ponga el nitrato de plata en un frasco.-Revisar el Libro del maestro de Física sobre el tema del calor y: *Explicar el funcionamiento de los invernaderos.-Con base en lo anterior diseñe una estrategia didáctica. hasta llegar a 2/4 partes de su capacidad. revistas artículos etc. Realice algunas preguntas como las siguientes para analizar lo ocurrido: *Describa las características físicas de los materiales. ¿Son iguales antes que después del experimento? ¿Por que cambiaron de color la cuchara y la esclava? ¿Puede este proceso usarse en la industria? Explícalo ¿Cuál es la función de la electricidad en este proceso? TEMA 2 "LA ENERGÍA.-Lea el artículo de Sevilla Segura. pida a los estudiantes que elaboren una predicción sobre los que esperarían que sucediera y que lo confronten con los demás equipos. *Explicar el "efecto invernadero" que ocurre en las zonas urbanas donde se acumula co2 *Explique por qué son frías las cimas de las montañas *¿No están más cerca del sol y por lo tanto deberían ser más calientes? *¿No debería ascender el aire caliente cercano al suelo? 16 . Para elaborar un periódico mural con recortes y notas al pie donde ejemplifique el concepto de energía y su importancia en el desarrollo tecnológico y de actividades humanas en la vida cotidiana.En uno de los cables se debe conectar la pulsera.-Trabajo de investigación: consultar algunos diarios. una vez que hayan analizado lo que pudiera suceder. 28. 25. enciclopedias. solicite que escriban en su cuaderno sus hipótesis. *Continuando con la actividad 22. y en el otro la cuchara oxidada.Realice una mesa redonda donde los alumnos interactúen sobre los tipos de energía y dén ejemplo de la vida cotidiana en que muestre los tipos de energía utilizada. *Una vez el punto anterior. y extraigan la pulsera y la cuchara. 27.-Escriba un ensayo acerca de las concepciones previas del estudiante sobre la energía y las estrategias didácticas que se pueden emplear para enseñar el concepto de energía. 24. -Elaborar como producto un mapa de conceptos donde aborde materia y energía como conceptos fundamentales de la física.. Elabore un mapa de conceptos donde señale las ideas científicas que se contraponen a las de los 17 . el recuadro de errores frecuentes de la misma página y el recuadro de evaluación de la página 161 (L.Examinar las páginas 165 a 171 (L: M ) que trata el tema de circuitos y corrientes eléctricas.-Después de leer el artículo "Sobre la superconductividad". 30.29. 38.-Organiza una discusión grupal tipo seminario donde aborden conceptos básicos de la superconductividad. M:) que se refieren a la carga eléctrica y la ley de Coulomb. cómo emplearía esa lista para introducir el tema. 34.Explicar con ejemplos cómo se conserva a la energía.-Haga una lista de palabras en torno al tema de electricidad y magnetismo para que los alumnos la completen y la relacionen con algún fenómeno conocido. 36. 35. ¿Cómo es posible lograr que dos electrones se atraigan? c) Mencione tres ejemplos de aplicaciones tecnológicas posibles de superconductividad.-Lea sin detenerse en los recuadros de las páginas 163 a 165 (L. destaque en ella el tipo de conductor que entra en juego. página 160). *Elabore una tabla de fenómenos físicos. de Ana María Sánchez y Julia Tagueña. M. 33.) 32. 37. M.-Diseñe un experimento abierto en donde los estudiantes desarrollen para iniciar el estudio de cargas eléctricas y ley de Coulomb. químicos y biológicos y su aplicación tecnológica donde la conductividad desempeña un papel importante. reconociendo las ideas o modelos erróneos de los estudiantes.. 38. TEMA 3 "LAS INTERACCIONES ENTRE MATERIA Y ENERGÍA" 31. de qué manera estuvieron presentes estos conceptos en la discusión.-Lea las páginas 161 y 162 (L:M) que se refieren a la conducción de la electricidad: *Realice una investigación sobre cómo se calculó la carga del electrón antes de constatar su existencia. responda a las preguntas siguientes: a) ¿Qué características eléctricas interesantes se presentan cuando hay superconductividad? b) La ley de Coulomb plantea que dos partículas con cargas iguales se repelen.-Lea la Introducción a "la electricidad y el magnetismo" (L..Indique por escrito. 39.. 18 .estudiantes. 40.-Indique la analogía del flujo del agua y la corriente eléctrica.Revise la miscelánea física de la página 166 (L:M) y escriba una ficha didáctica en donde explique los alumnos cómo llega la energía eléctrica a sus casas. MATERIAL DE APOYO 19 . Se trata de tener en cuenta en la enseñanza otras dimensiones de la ciencia que hasta sugiere unos objetivos básicos para todos los estudiantes. pues. así como la falta de interés a incluso el rechazo de los estudios científicos por muchos estudiantes. alfabetizar científica y tecnológicamente no significa simplemente extender a toda la población lo que hemos venido hacienda hasta aquí. avanzar para primer lugar. relacionada con los niveles de la naturaleza de la ciencia.Alfabetización científica cívica. para que todas las personas con puedan intervenir en socialmente. A Como hora bien. Marco (2000) señala ciertos elementos comunes en dichas propuestas: . Es necesario. tanto referentes al significado del concepto.ALFABETIZACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA__________________________________ BLOQUE I EL UNIVERSO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS ALFABETIZACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA A. en continuación. qué se en qué dirección en entiende por alfabetización científica y.Viches. como a de qué modo lograrlo. puesto que ello ya sabemos que no funciona. algunas de las dificultades que nos podemos encontrar.Alfabetización científica práctica. Hablar de alfabetización científica. el conocimiento de nosotros mismos. si la investigación en didáctica de las ciencias ha mostrado reiteradamente el grave fracaso escolar en las materias científicas. de ciencia para todos. 2001. ACTES V JORNADES DE LA CURIE. con el significado de la ciencia y la tecnología y su incidencia en la configuración social. Pero. a estudiar lograrla. científica y tecnológica criterio científico. es lógico. particular.Gll y J. 72 SELECCIONADOS DE pensar en un mismo currículo básico para todos los estudiantes y requiere estrategias que impidan la incidencia de las desigualdades sociales en el ámbito educativo. . que convierten a la educación científica en parte de una educación general. Solbes CONTENIDOS PAG. D. precisar. Alfabetización científica cultural. que permita utilizar los conocimientos en la vida diaria con el fin de mejorar las condiciones de vida. analizando. La alfabetización decisiones políticas. es preciso preguntarse como se puede lograr una educación científica para todos. etc. supone para muchos autores 20 . ¿cuál debería ser ese currículo científico básico para todos los ciudadanos? Existe un amplio movimiento educativo detrás de este enfoque curricular que plantea diversas propuestas. Se propone. que resultará beneficiosa y favoreceré el aprendizaje de todos. a la luz del cuerpo de conocimientos de que se dispone. para que planteadas para los acotar y la toma de y a problemas comiencen relevancia de las situaciones propuestas que dé sentido a su estudio y evite que los alumnos siquiera se vean sumergidos una primera en el idea tratamiento de una situación sin haber podido formarse motivadora. una inmersión destinada a favorecer tratamiento fórmulas aspiración contemplarse una que auténtica no puede sino una alfabetización traducirse que y ha actividad en de con científica y tecnológica. entre otros: La consideración del posible interés y deberían alcanzar una cierta comprensión y apreciación global de la ciencia y la tecnología como empresas que han sido y continúan siendo parte de la cultura. no significativos.ALFABETIZACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA__________________________________ ahora no han sido incluidas. La alfabetización científico-tecnológica multidimensional se extiende más allá del vocabulario. las interacciones de la ciencia y la tecnología con el medio natural y social. estudiantes las ven como algo abstracto y puramente formal. que incluya. sobre todo en el caso de la física y la química. abierta creativa. estudiantes La dimensión CTS en la enseñanza se debe entender como parte de la inmersión en una cultura científica.La invención de conceptos y emisión de hipótesis. la investigación didáctica ha puesto de manifiesto que el tener en cuenta en las clases de ciencias los contenidos CTS aumenta el interés de los estudiantes hacia la ciencia y mejora su actitud hacia su estudio.La elaboración de estrategias de resolución (Incluyendo. debidamente orientada por el profesor. Tras la idea de alfabetización científica y de una mayor atención a la dimensión CTS no debe verse. Además. Este es el nivel multidimensional Los de la alfabetización científica. como un dominio reservado a minorías especialmente dotadas y contribuyendo al elitismo con tratamientos puramente operativos. (ocasión para que las ideas previas sean utilizadas para hacer predicciones susceptibles de ser sometidas a prueba).El estudio cualitativo de las situaciones problemáticas decisiones. . para incluir otras dimensiones de la ciencia: debemos ayudar a los estudiantes a desarrollar perspectivas de la ciencia y la tecnología que incluyan la historia de las ideas científicas. las relaciones Ciencia Tecnología y Sociedad (CTS). Incluidos los propios científicos. en particular. un sencillas. en su caso. diseños experimentales) para contrastar las hipótesis. Esto es comprensible si se tiene en cuenta que frecuentemente se presentan materias científicas de forma las que los . la naturaleza de la ciencia y la tecnología y el papel de ambas en la vida personal y social. operativizar que es lo que se busca (ocasión estudiantes explicitar funcionalmente sus concepciones). de los esquemas conceptuales y de los métodos procedimentales. orientación multi-dimensional de la educación científica. . así. Resulta esencial romper con estas interpretaciones erróneas de lo que supone esa alfabetización y valorar positivamente la 21 . una merma de la calidad educativa. pues. es decir. como científica. España. poniendo un énfasis especial en las relaciones Ciencia. Los autores son investigadores de la Universidad de Valencia. El artículo completo se encuentra en: BIBLIOGRAFÍA • Fourez y G. Sin dudas la implementación de estas ideas requiere una reconstrucción de la dimensión CTS. La alfabetización Didáctica científica. Experimentales 141-164 22 . adecuada a las distintas realidades de cada país. Tecnología y Sociedad que enmarcan el desarrollo científico.pdf científica tecnológica. decisiones. es decir.ALFABETIZACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA__________________________________ El manejo reiterado de los nuevos • DECLARACIÓN DE BUDAPEST Aclaración de Divulgón: consideramos conocimientos en una variedad de situaciones. Acerca NJ/AV la toma fundamentada de Importante destacar que el presente artículo da un marco general para la alfabetización científica y tecnológica. 2000. la ciencia y la cultura: www. Alfabetización de las Más información en: Organización de Estados Iberoamericana para la Educación.es/dfa/curie/curiedigital/2001 72-81. para la educación científica que precisamos todas las personas. Las interacciones Ciencia.org/oeivirt/ ¿Quiere escribir algún comentario sobre este articulo? Haga click aqui de las Ciencias www. Buenos Aires: Colihue.campus-oei.. 1997. incluidos los futuros científicos y científicas. a este respecto. Tecnología y Sociedad se convierten así en una dimensión esencial para una adecuada inmersión en la cultura científica.. • Marco. propiciando. finalidades de la enseñanza de las ciencias. B.ua. con rayo láser han sido un átomo y observarlo durante un largo periodo. También sabemos que estos átomos pueden subdividirse o ionizarse. el movimiento del Sol y de la Luna. Esta investigación continúa llevándose a cabo en laboratorios de investigación de todo el mundo. una partícula que no se puede dividir. durante cientos de años. Ocho años después una clase de óptica me fascino. más o menos. la reflexión de la luz en un espejo o en un charco de agua. sin planetas. Siegbahn y Arthur Schawlow. los átomos son una cosa muy real. En 1981 recibió el premio Nóbel de Física junto con Kai M. Fue hasta hace pocos años que los científicos pudieron aislar 23 . Por tanto. Tomó muchísimos años y el increíble esfuerzo de miles de científicos responder a la pregunta que Demócrito se planteó. y entonces me interese mucho por aprender como se forman las imágenes a través de los lentes. y propuso el concepto del átomo. Los grandes aceleradores de partículas han permitido a los científicos llegar aún más lejos y obtener información del interior del núcleo. a enormes y emocionantes excursiones sobre la estructura de la materia. el movimiento de un columpio o un carrusel. Cada átomo es en realidad un sistema planetario en el cual el núcleo funciona como el Sol y los electrones circundantes desempeñan el papel de los E L MUNDO QUE NOS RODEA está lleno de fenómenos físicos que pueden ser observados directamente. ¿Qué pasa si este granito se vuelve a partir? . hasta conseguir que solo queden granos de arena. Sabemos que una roca puede romperse en dos partes y que este proceso puede repetirse muchas veces más. También escuchar la radio por primera necesidad de equipos costosos.LA FISICA EN NUESTRA VIDA CITIDIANA Y LA FISICA COMO AVENTURA INTELECTUAL_____________________________________________________________ LA FÍSICA EN NUESTRA VIDA COTIDIANA Y LA FÍSICA COMO AVENTURA INTELECTUAL NICOLAAS BLOEMBERGEN Físico estadounidense cuyas contribuciones a la espectroscopia fundamentales. Así pues. Está también el espectro de colores del arco iris. o la formación de las olas. de los planetas y las estrellas.¿Hasta dónde podemos continuar este proceso? Un filósofo griego que se llamaba Demócrito se planteó estas preguntas hace 2 500 años. Ya desde la edad de seis años yo tenía que usar lentes. la aparente ruptura de un palo cuando se le introduce con cierta inclinación en el agua de un canal. Por ejemplo. Regresemos empero a cosas más simples. la forma que adquieren las gotas sobre un vidrio u otras sustancias. el flujo del agua. una pregunta simple llevo a muchísimos científicos. Cualquier persona inquisitiva y curiosa se preguntará cómo funciona esto. muy pronto se vuelve claro que estudiar electricidad o electromagnetismo es un gran reto. La correspondencia entre las ecuaciones físicos es matemáticas tan Este y los es fenómenos es casi una fuente sorprendente hecho que sobrenatural. que pasa si meto mi radio en una bolsa de papel o si la meto en una caja de metal. flechas. son indispensables para describir la gran medio Newton variedad de las de fenómenos físicos. de hecho. Cuando me enseñaron en la escuela lo referente a la presión barométrica y el cambio de la temperatura de ebullición y licuefacción producido por la presión. de radio. ecuaciones mecánica también describen el movimiento de pelotas. de las moléculas y los metales. Las ecuaciones de la mecánica cuántica describen el movimiento de los electrones de los átomos. 24 . Las ecuaciones de Maxwell de describen las el comportamiento ondas electromagnéticas. a la física. En aquel tiempo la pregunta me asaltó inmediatamente: ¿por qué toma más tiempo freír un huevo en la punta de la montaña? Lo que me pareció más fascinante en mi camino de hacedor de preguntas es que las matemáticas pueden ser de gran ayuda. He pasado gran parte de mi vida estudiando las propiedades electromagnéticas de la materia y sigo aprendiendo todos los días. El que la movimiento de los planetas se describe por elegantes Las ecuaciones de formuló. al igual que la televisión.LA FISICA EN NUESTRA VIDA CITIDIANA Y LA FISICA COMO AVENTURA INTELECTUAL_____________________________________________________________ Vez me resultó un misterio. pero uno se acostumbra rápidamente a las innovaciones tecnológicas. Si uno esta realmente interesado en responder estas preguntas. era el reto que planteaban las preguntas aparentemente simples. entendí por qué toma más tiempo cocer un huevo en la punta de una montaña Que en un valle. de los radares y de la luz. en particular. por qué se necesita una antena. Lo que a mí me atrajo a la ciencia y. bombas y naves espaciales. una ciudad. Bloch. Los conceptos de orden de magnitud o potencias de diez también son muy importantes y se pueden comunicar empezando por el tamaño de la punta de un dedo. la Tierra. y T2 del espín nuclear de los protones en agua y en otros fluidos. por solitaria o anónima que parezca. de los átomos. Aumentemos el tiempo a un minuto. también relevantes en otras aplicaciones tecnológicas. Los fenómenos simples pueden. la relación entre una investigación. profundamente misterios estructura de la materia lo que motivó mi carrera profesional. Este es un avance mayor en el campo de la medicina que permite observar el flujo de la sangre. que llevé a cabo bajo la guía del profesor E. y las aplicaciones tecnológicas que puedan servir a toda la humanidad ha sido probablemente la experiencia más gratificante. Ciertamente no teníamos idea en ese momento de que el refinamiento de nuestras técnicas llevaría a poder explorar el cuerpo humano a través de la resonancia magnética. proporción y el significado de las gráficas se pueden elucidar observando el movimiento de las pelotas. Debo confesar que la física nunca me pareció algo fácil. la edad de la Tierra y la edad del Universo. los períodos geológicos. sin embargo. un siglo. Probablemente de hurgar en los sea un este poco de reto más la intelectual debería adquirir algún sentido con discusiones como ésta. esta conexión entre las matemáticas y la física es lo que frena a muchos niños para estudiar física. ilustrar los conceptos Por ejemplo. El campo de la cirugía se ha revolucionado al utilizar el rayo láser como bisturí. un año.M. La interacción de un haz de rayos láser con algunos materiales permite taladrar y soldar industrialmente con gran precisión incluyendo la fabricación de automóviles y motores de propulsión. Los tiempos T. un país. Para proceder en dirección contraria en la escala de magnitud. precisamente. un pueblo. una casa. que es más o menos de un segundo. han Mis sido investigaciones subsecuentes con máseres. de los objetos que caen. Pasemos al mismo juego de potencias de diez en el tiempo. las estrellas y las galaxias. que implique complejos aparatos experimentales y ecuaciones teóricas. y más allá al núcleo y sus electrones. quien compartió el premio Nobel de Física en 1952 con F. son fundamentales láseres y en para óptica este desarrollo. del cuerpo humano. se puede considerar el tamaño de un palillo. El concepto de escala logarítmica o exponencial Mis investigaciones para obtener el doctorado entre 1946 y 1947. del Sol. hasta el periodo de oscilaciones de los electrones en un átomo. Procedamos en dirección contraria a intervalos más pequeños. o la vibración del cristal de cuarzo en un reloj digital. básicos la idea del de razonamiento Cuantitativo. y extrapolar al tamaño de las moléculas. algunos procesos en el cerebro humano y en otros órganos. o pesando objetos en una báscula. un continente. 25 . una hora. el tamaño de un microbio bajo el microscopio. Purcell. Para mí. pero. y T. el crecimiento de los tumores. El periodo de la oscilación del sonido. Muchos procedimientos quirúrgicos.LA FISICA EN NUESTRA VIDA CITIDIANA Y LA FISICA COMO AVENTURA INTELECTUAL_____________________________________________________________ continua de fascinación y un reto para el científico profesional. Comencemos con el movimiento del péndulo en el reloj del abuelo. el ultrasonido. y luego extrapolar a la distancia de la Luna. luego proceder al tamaño del brazo. un día. trataban acerca de la medicina de los tiempos de relajación T. El uso de fibras ópticas en combinación con rayos láser semiconductores también ha revolucionado el campo de las comunicaciones.LA FISICA EN NUESTRA VIDA CITIDIANA Y LA FISICA COMO AVENTURA INTELECTUAL_____________________________________________________________ incluyendo las delicadas operaciones de los ojos y las cuerdas vocales se llevan a cabo hoy de manera rutinaria por medio del rayo láser. Estos cables pueden conducir la información de más de 40 000 conversaciones telefónicas simultáneamente. Se han colocado cables de fibras ópticas en el fondo del océano Atlántico y del Pacífico. Es por estas razones que pretendo mantenerme interesado en la investigación después de haberme jubilado. aún 26 . Traducción: Margarita Mancilla Lory de la relación de los rayos láser con la materia. También es una realidad hoy que los avances en las comunicaciones vía satélite o por medio de fibras ópticas proveen una manera eficaz de llegar a las áreas remotas del Tercer Mundo y las poblaciones de estos lugares se ponen en contacto con otras del propio país y de otras naciones. se y le como podrían resistencia. recordemos brevemente en que consiste la superconductividad. Repentinamente. exhibían dicha propiedad. Morelos). y oro. Es investigadora del Centro Universitario de Comunicación de la Ciencia de la UNAM y responsable de la Sala de Energía de Universum. llamada crítica plata (Tc). es investigadora en el Centro de Energía Solar del Instituto de Investigaciones en Materiales (Temixco. Museo de las Ciencias. ¿Qué significa la expresión "temperaturas bastante mas elevadas"? Con objeto de dar respuesta al cuestionamiento anterior. desde luego. la fuente. cuando se logró licuar el helio a una temperatura muy cercana al cero absoluto. Julia Tagueña estudió física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. y Kammerling Onnes decidió investigarlo. el tantalio y el niobio.2 K (-268. y que prometen aplicaciones que. ser Si la impurezas. a la que se llamó superconductividad. Onnes encontró que otros metales. A este impedimento al flujo de la corriente circuito denomina retiramos ponemos a circular una corriente en un luego corriente pronto caerá a cero. en dicho efecto.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD ANA MARIA SANCHEZ Y JULIA TAGUEÑA Ana María Sánchez estudió física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. como el estaño. se comporta como un espejo que refleja perfectamente al campo 27 . Una corriente circularla permanentemente sin necesidad de mantenerla en un circuito de los metales mencionados. el plomo. a una temperatura adecuada. vibran. Curiosamente. es decir. al alcanzar los 4. encontrar una explicación al mecanismo de la superconductividad de alta temperatura. La resistencia siglo no aumenta se sabía a con medida certeza que que E aumenta la temperatura. convierten superconductores. el superconductor no permite la entrada de un campo magnético. Actualmente. Imaginemos una corriente eléctrica como un flujo de electrones que se mueven dentro de la red cristalina de un conductor cuyos átomos Además de la resistencia cero. empero. existe una propiedad que caracteriza al estado superconductor y se conoce como efecto Meissner. Además del mercurio. cobre.8°C) la resistencia eléctrica del mercurio desapareció. Sin embargo. sin duda repercutirán en la forma de vida de nuestra sociedad. El fenómeno de la superconductividad fascinó a los científicos desde su descubrimiento en 1911. Resulta que para cada material superconductor el fenómeno se presenta sólo por abajo de una cierta temperatura. jamás se los mejores en conductores a temperaturas ordinarias. Los electrones chocan entre sí y con otros obstáculos. es a principios de 1987 cuando el público en general empieza a conocer sus características. de lograrse. a interesarse en el. debido al descubrimiento de materiales donde el fenómeno acontece a temperaturas bastante más elevadas que la del helio líquido. a principios STE ARTICULO ABORDA uno de los problemas más apasionantes de la ciencia básica en la actualidad: del sucedería con la resistencia a temperaturas muy bajas. también. se diseñan los experimentos con el propósito de estudiar la respuesta de sus temperaturas críticas frente a cambios físicos y químicos bien definidos. hasta que inesperadamente se dió un gran salto al no utilizar se materiales que inicialmente habían considerado SUPERCONDUCTORES En vista de que los elementos simples no cumplían las condiciones mencionadas.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ intruso. entonces. como 1957. la capacidad de transportar grandes corrientes y de soportar grandes campos magnéticos. Estos compuestos pertenecen solo a unos cuantos tipos de estructuras cristalinas. Debido a esto. Se puede entender esta situación al recordar la relación El entre electricidad y magnetismo. fenómeno y. de forma tal que la aplicación práctica de la superconductividad se vió sumamente limitada. LA BÚSQUEDA DE MEJORES cuando proliferó helio En refrigerante. La máxima temperatura crítica para este tipo de compuestos se obtuvo en 1968. los superconductores deben poseer. además. Matthias propuso una formula en la que se usaba la posición de los elementos en la tabla periódica para predecir la superconductividad. Una manera empírica que de buscar nuevos y superconductores consiste en trabajar con compuestos existen naturalmente. en ella se establecía que los superconductores con mayores temperaturas los de críticas se que con encuentran combinan entre metales compuestos transición elementos intermetálicos. campo magnético genera Una vez escogidos. Como se mencionó anteriormente. adecuados: los óxidos. Ya desde 1966 se había encontrado superconductividad a 0. donde el fenómeno se presenta a temperaturas cercanas al cero absoluto. de las que la más favorable es la llamada beta-tungsten. se inició entonces el estudio de compuestos intermetálicos y aleaciones. Para que sean útiles. todos los esfuerzos por superar esta temperatura resultaron inútiles. un campo magnético crítico y una corriente crítica que destruyen la superconductividad. Durante más de un decenio. Entre estos compuestos se habían descubierto hasta finales de los años cincuenta: Nb3Au (con Tc= 11 K). los primeros superconductores descubiertos fueron elementos metálicos. con una aleación de Nb=Ge a 27. una temperatura crítica. Una ruta ideal las sería causas la de comprender provocan el claramente que corrientes en la superficie del superconductor. experimentar entre los miles que pueden sintetizarse a través de reacciones químicas. surge una pregunta lógica: ¿puede elevarse la temperatura crítica combinando dos o más de estos compuestos? La respuesta experimental ha sido un rotundo no. V9Si y Nb3Ge (con 17 K) y Nb3A1 (con 18 K). desde un principio se dedicaron grandes esfuerzos para producir superconductores con temperaturas críticas cada vez mayores. empezaron a descubrirse nuevos compuestos superconductores. que a su vez producen un campo magnético opuesto al original. y se empezaron a buscar estructuras y características químicas propicias para que se diera la superconductividad con temperaturas críticas 10 más elevadas que fuera posible. Después de la Segunda el uso Guerra del Mundial.3 K 28 . diseñar la combinación más adecuada. Para cada superconductor existen.3 K. Al llegar a este punto. Para alcanzar estas temperaturas se requiere helio líquido y la tecnología necesaria para licuarlo es complicada y costosa. presentaba superconductividad a 13 K. Para que un material presente que las características y efecto fundamentales de la superconductividad. ésta recibió el nombre de teoría BCS. Bednorz y Miiller decidieron investigar óxidos que contuvieran niquel o cobre. Para que exista una supercorriente.7 K) en el sistema Li-Ti-O. estado la que superconductividad presentan algunos materiales abajo de una temperatura crítica y. donde h representa la constante de Planck. LOS MODELOS TEORICOS A partir del descubrimiento hubo que de la 46 Figura 1. BaPb-Bi-0. Cuando resistencia. con un compuesto deY Ba-Cu-O se alcanzaron los 90 K. Obra de Bardeen. A principios de 1986. sino partículas compuestas de un número par de electrones. la temperatura crítica en el sistema Ba-La-Cu-O ya se había elevado a 48 K y en febrero. A la fecha siguen apareciendo nuevos materiales. Analogamente puede mencionarse el mérito de Cervantes Saavedra. Un superconductor es un espejo para un imán (las figuras son cortesía del doctor Paul Grant. Como hemos es un visto. y no queda más que maravillarse de la inventiva del hombre que con un centenar de elementos naturales ha logrado construir grandes empresas. es un fenómeno cooperativo en el que participan muchas partículas. Analizando estos resultados y haciendo algunas consideraciones teóricas. es decir. 29 .SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ en el óxido metálico SiTiO3. electrones saltan de un estado a otro según el obstáculo que vayan encontrando. posteriormente se encontró el compuesto Bi-Sr-Ca-Cu-O con 110 K y TI-BaCa-Cu-O con 125 K. Cooper y Schriffer. esperar años para estructurar una teoría microscópica satisfactoria. una cierta fracción de los portadores de carga debe presentar el mismo estado cuántico. ya que de ésta forma no tienen que obedecer el principio de Pauli. y siete años después se encontró una alta temperatura de transición (13. esta carrera desenfrenada no terminó ahí. corrientes persisten Meissner. desde un punto de vista microscópico. quien con 29 letras escribió El Quijote. La presencia del 2 en el denominador indica que las cargas son pares de electrones. Dos años más tarde se descubrió que una perovskita. c la velocidad de la luz y e la carga del electrón. es decir. Empero. de IBM Almaden). En los metales normales. ya que el flujo magnético atrapado en un cilindro hueco superconductor es un múltiplo de la unidad de flujo hc/2e. Se ha confirmado experimentalmente que en un superconductor la corriente la forman pares de electrones. los portadores no pueden ser partículas solas. un flujo que prácticamente resulte inmune a los efectos de los obstáculos. los portadores son electrones puede material que obedecen en un el principio estado en de en un exclusión de Pauli: una y solo una partícula estar existe cierto los determinado momento. superconductividad. para dar lugar a un nuevo estado en el que la correlación por pares es importante. podemos imaginarlo de la manera siguiente: al moverse un electrón en la red formada por núcleos positivos. a estos materiales se les llamó superconductores de acoplamiento fuerte. la naturaleza intrínseca tiene de un la papel interacción de gran electrónfonon valores BCS. estado el estado en los superconductor se relaciona directamente con parámetros con normal. Cooper y Schriffer introdujeron un parámetro V. la temperatura crítica más alta era de 23.2 K. Esa deformación afectará a otro electrón que se sentirá atraído hacia el primero. las causantes dicho recientemente las cerámicas de bismuto (110 K) y de talio (125 K). Intuitivamente. de particular. mediado por vibraciones (llamadas fonones). y el comportamiento de todos ellos era entendible conforme a las dos teorías expuestas. sin embargo. Bardeen. los En esta del las teoría. En su trabajo original. existen materiales como el Pb y el Hg que no cumplen con los En los materiales de acoplamiento fuerte.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ La teoría BCS afirma que la superconductividad se debe a una condensación de electrones a una cierta temperatura. donde se describe el sistema completo que incluye a los electrones. Partiendo de un modelo interacción parámetro V. los de 90 Y K Ba-Cu-O y aún con más aproximadamente electrones y fonones. que representaba la suma de los dos potenciales que afectan a los electrones: el atractivo y el repulsivo. debido a que no es imprescindible que el mecanismo de apareamiento Sean las vibraciones de la red. para diferenciarlos de los de acoplamiento débil que siguen las razones BCS. los fonones y la interacción entre ambos. De esta manera surge la teoría de acoplamiento fuerte. sin adentrarse en la naturaleza exacta sencillo de de la interacción y entre pares por medio de Los descubrimientos recientes de del superconductividad en los compuestos de LaSr-Cu-O con temperaturas de transición arriba de 30 K. si entre electrones existe repulsión coulombiana (cargas iguales se repelen) que tiene que ser vencida? Para que se forme un par de Cooper. conocida también como ecuaciones de Eliashberg. De todos los elementos y aleaciones estudiados hasta antes de 1985. características fonones. han causado una gran conmoción en la comunidad científica. trascendencia. Las ecuaciones de Eliashberg pueden derivarse análogamente a la teoría BCS y conceptualmente habían de un mecanismo similar para la superconductividad: el apareamiento de electrones mediante fonones. como se denomina a las parejas de electrones en la teoría BCS. los atrae y provoca una deformación en la red. Después cubrimiento de las del descerámicas 30 . que puede ajustarse mediante datos conocidos (como la magnitud de la temperatura crítica) la teoría BCS predice muchas de las propiedades de los superconductores en concordancia con los experimentos. Cabe señalar que ambas teorías son generales. Primero se pensó que las predicciones de la teoría BCS constituían leyes universales que todos los superconductores tenfín que obedecer. sino que podrían ser otro de tipo de excitaciones acoplamiento. la repulsión de la debe red vencerse atómica a través de un potencial atractivo. ¿Cómo puede ser atractiva. Esta condensación ocurre siempre y cuando la interacción los efectiva entre electrones una sea atractiva. después de todo. pero antes es necesario A seleccionar los ya que resultados mente confiables. con temperaturas 31 . los compuestos de Y presentan cadenas y pianos de oxígeno y cobre. Mientras los teóricos especulan con nuevos modelos. las teorías basadas en el apareamiento de hoyos tendrán que reconsiderarse. pero continuaaparecen nuevos obligan a cambiar el enfoque. haciendo pensar que los fonones presenta efectivamente en el un guardan efecto alguna isotópico relación con este proceso. que un orden magnético frustrado puede originar conocemos algunos hechos. los carga de en 2e. no obstante. En primer lugar. Es un hecho experimental los que en los nuevos siguen superconductores portadores de hasta 34 K. si los pares tienen un acoplamiento tipo BCS. Existen otros dos puntos de interés en el material Ba-K-Bi-O. debido al espectro de las energías participantes. que los materiales anteriores a este parecían no presentar. y había una polémica sobre la importancia de una u otra estructura. Es más. entonces. de BaK-Bi-O. ha aparecido un sinnúmero de nuevas teorías que van desde pequeñas modificaciones a la teoría BCS. en los cuales las pruebas parecen indicar que son pares de electrones los que superconducen. se (dependencia de la temperatura crítica con la masa atómica) tipo BCS. La discusión que queda por dirimir es si son pares de hoyos o de electrones. además de su tridimensionalidad. el valor tan alto de la temperatura crítica no se ajusta a las predicciones BCS. algunas de las ideas que han estado manejándose en el mundo de los superconductores. Cualquier nueva teoría deberá poder contener la información experimental. es decir. De esta forma. a pesar de ser también cerámicas. hasta la proposición de nuevos mecanismos. Se han encontrado cerámicas isotrópicas. Por ejemplo. Pero ahora surge una contradicción más. lo que significa que. estas alturas conceptos superconductores nuevamente portadores confirmado por un experimento realizado en juntas de Josephson. la baja dimensionalidad no es como se pensaba. pero ahora existen dudas debido a la existencia cia de materiales envenenados con electrones de Nd-Ce-Cu-O. LAS NUEVAS TEORÍAS Iniciemos este apartado explicando por qué es necesario plantear nuevas teorías. los nuevos son resultado teniendo carga 2e. equivalentes en todas las direcciones. ¿Podría existir entonces. los experimentales han estado muy ocupados realizando gran cantidad de mediciones. Claro que hay científicos que piensan que tal vez los compuestos de Bi no son exactamente iguales a los que tienen Cu.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ superconductoras. por un lado. algún mecanismo que fuera común a los superconductores tipo BCS y a los de alta temperatura basados en cobre? Como ya se mencionó. que a la temperatura crítica sufre un cambio estructural. la excitación causante del mismo tiene que ser de origen electrónico. aunque no existan aún respuestas definitivas. la polémica quedó resuelta. En segundo. Discutiremos. Se ha meditado bastante sobre la posibilidad de que el acoplamiento de los pares superconductores sea de origen magnético. Parecía que la hipótesis de que eran hoyos iba ganando la batalla. como se verá posteriormente. o por lo menos no de manera notable. fundamental. Al encontrarse los compuestos de Bi y de TI que solo tienen pianos. El modelo de Anderson plantea. para el cual un superconductor dejaría de serlo. y del campo magnético crítico HJO). Si. también podrá obtenerse información sobre la magnitud de la energía de la excitación causante del acoplamiento. ¿en cual de sus versiones deberá aplicarse?. experimentos resultados que parecen sólidos. el panorama resulta confuso y la teoría BCS no ha sido totalmente descartada. Tanto el sistema La pero cuando se le 2CuO4. Estos valores pueden relacionarse con el factor y del calor específico (Cv=y7) que presentan los electrones en estado normal. magnético ha hecho vuelven que los superconductores. El resultado de este experimento está relacionado con el modelo de acoplamiento débil. y. Esta información permitirá clasificar un material al comparar los resultados experimentales con los predichos por las dos teorías.. Uno es el cambio en calor específico Cv/'Tc. a través de una junta puntual. pero en cambio sí podrá condensarse con otro electrón de momento y espín opuestos y formar así un par de Cooper.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ un estado superconductor. no obstante. Una vez decidido si el material es de acoplamiento débil o fuerte. Tampoco. Valores similares han sido calculados para las ecuaciones de Eliashberg. a un metal normal unido a un superconductor. Mencionemos el experimento de reflexión de Andreev.(O)]. sin embargo.NiO4. Esta cercanía al estado responsables del acoplamiento podrían ser las excitaciones magnéticas. También se habla (aunque todavía no se ha confirmado) de que existe otra cerámica superconductora sin Cu. seguramente estará cansado de la mención aislada de tantos ejemplos y contraejemplos. que es un óxido semejante a los otros pero que no contiene ningún ión magnético. resulta importante discutir finalmente un punto más. por el otro. añade se pensar en Sr respectivamente. el lector originaron una enorme variedad de valores. como se observa en el último compuesto mencionado. el La. Además se ha encontrado un material superconductor. Para calcularlo se requiere saber ACv. superconductor. el cobre constituye el elemento indispensable de estos materiales. Los primeros resultados para la brecha superconductora tunelaje Los y a partir de de experimentos de espectroscopía más recientes infrarroja ofrecen como el u 0. el ya mencionado Ba-K-Bi-O. en lugar del 1/2 del Cu. en la que se debe notar que el espín del Ni'-+ es 1. llamadas magnones. . separado en dos electrones independientes [brecha de energía . que la correlación entre electrones es sumamente fuerte. Si el electrón tiene una energía menor no que podrá la brecha entrar al superconductora.Cu3O6 son antiferromagnéticos. provocando un exceso de corriente en la junta. resultado que afecta a los modelos basados en el valor del espín. esta hipótesis no ha podido comprobarse experimentalmente. A estas alturas del texto. como hemos visto. ¿estamos tratando con superconductores de acoplamiento débil o de acoplamiento fuerte? La teoría BCS hace una serie de predicciones con respecto a la temperatura crítica T. Igualmente se han estudiado otros cocientes típicos. y el valor de y que se ha encontrado a partir de experimentos de susceptibilidad magnética 32 . de la diferencia de energía entre el par de electrones y el mismo par. sistema YBa. que consiste en inyectar electrones.Sr. El hoyo así formado se regresará en el mismo sentido que tenía el electrón. Es posible variar la energía de los electrones inyectados y medir el voltaje al que desaparece la reflexión de Andreev. 1987. y sus aplicaciones en la vida cotidiana. De nuevo los datos señalan que se trata de un acoplamiento débil. 108. G.. 1988. sus posibles La enorme expectativa que despierta este fenómeno va aplicaciones prácticas. vol. Hoevers.C. vol. 696. Rev. Bull. 50. Con respecto al campo crítico. Res. 11. vol. R. B36. Schrieffer. 814. aunque sabemos que son sistemas fuertemente correlacionados. aunque en este punto hay bastante incertidumbre en el valor de y por las aproximaciones implícitas en el modelo de electrón libre. 2401. 1973. 326. 153. vol.. Sin embargo.N.M. Mat.A. núm. Salomon. 332... científico amigo-. H. núm. S. donde el modelo de electrón libre es inadecuado. vol.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ usando un modelo de electrón libre. 1960. Phys. núm.E. T. 855. 162. vol. M. Bardeen. Soviet Phys. b) en el estado superconductor (efecto Meissner). nos encontramos ante el privilegio de desentrañar por enésima vez un misterio más allá de de la naturaleza. problema. Por todo lo discutido en este artículo podría afirmarse que la nueva teoría de la superconductividad deberá contener muchos de los elementos que integran la teoría BCS. 1988. me gustaría saber el efecto causado por los superconductores de esa época. núm. Physica. núm. núm. JETP. normal. J." BIBLIOGRAFÍA Anderson. et al. 1957. "Si yo pudiera ir al futuro -le escuchamos decir en alguna ocasión a un Figura 2.. Rev.M. núm. comprensión experimentales.. prevalece de el alta sentimiento temperatura generalizado de que el descubrimiento de los superconductores modificará nuestra concepción de lo que es la superconductividad en un sólido.. P.. Phys. 1987. Las medidas con las que se cuenta parecen indicar que la energía de la excitación debería ser superior a 0. Eliashberg.. et al. et al. Gough. En consecuencia.. C.30 eV. 8.P. Un anillo en un campo magnético: a) en el estado normal. Nature. vol. Friedman y D.. núm. Ginsberg. lo cual supone una excitación de origen electrónico.. Inderhees. de las cerámicas superconductoras ni siquiera conocemos con exactitud su estado Mientras están de se descifra este elaborándose los modelos resultados fenomenológicos que conducirán a una mejor 33 . 1175. Por su novedad. Cava.B.W. Rev. Nature..F. L.E. y c) una vez retirado el campo externo. 106. C152. vol. hace falta adoptar medidas más exactas de las que ahora se tienen. Phys.. Cooper y J.J. P. Solid State Chem. N.. B33. C152. B67. et al.. M. 1986.. Nature. Cocoyoc. Morelos.A. J.. Dietrich y C. 1988. Physica. 50. Y. 337. 78.. Junod.". 155. Thomas. 345. vol. Phys.. núm. 34 .. Physica. Phys. Rev. vol. vol. F y J.. Politis Z. 1988. Carbotte.Vchida. núm. Bezinge y J. núm. 319. A. H. Marsiglio. "Memorias de la xi Reunión de Invierno de Bajas Temperaturas: Superconductores de Alta Tc. 6141. 1989. núm. Tokura. 1988. 1987. A. 1313.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ Jones. World Scientific.R. México [en prensa] Niemeyer.. 1990.. G. Lett.. 61. Muller. núm.. vol.L. vol. et al. vol. núm. Rev. Takagi y S. empleados una pertinentemente. Nuestra intención es proporcionar actividades que puedan llevarse a cabo en el laboratorio o en el salón de clases. tal es el caso de la fuerza centripeta y el acelerómetro. la crítica. pues incrementa el interés del alumno por el estudio de estas disciplinas. en el estudio del movimiento rectilíneo uniforme se dan varias opciones para que los alumnos las trabajen en equipo y lleguen al mismo objetivo. Los experimentos con materiales de bajo costo desarrollan la capacidad creativa del alumno porque permiten la práctica contínua de la observación.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ LA FISICA EN LATAS INTRODUCCIÓN representa L a realización de experimentos con materiales de bajo costo o de desecho. Otros experimentos pueden ser desarrollados por un equipo de trabajo en el salón de clases como preámbulo a la discusión y la reflexión de un tema. Por ejemplo. otros pueden considerarse 35 . El maestro puede indicar a sus alumnos el formato adecuado para escribir un reporte de la actividad que realicen. física y química) en la educación secundaria. sin el temor de averiar instrumentos costosos. Los experimentos presentados en este documento apoyan los contenidos de los programas de Física de educación secundaria. estrategia didáctica indispensable en la enseñanza de las ciencias (biología. la reflexión. el análisis y la síntesis. deje 20 cm de separación entre cada una. Ponga en la superficie de la mesa cinco marcas. llena o vacía. Mida el tiempo que ocupa la lata para recorrer cada distancia de 20 cm. 36 . Javier Sustaita Miranda y Miguel Angel Villicana Calderón. cuando se levanta un poco la mesa por uno de sus extremos. de manera que el bote empiece a rodar. Levante un poco el extremo donde está la lata. Ernestina Fernández Hernández. como parte del Proyecto 11 El Laboratorio Escolar: Un Enfoque Moderno. Observe el punto que marcó. Proceda a realizar una tabla de valores d/t "La física en latas" es un material elaborado en la Unidad de Actividades Tecnológicas de la Dirección de Educación Secundaria por los profesores Jorge Abel Rosas Dominguez. En una de las tapas del bote marque el centro con un punto y luego coloque el bote en la mesa. colocada sobre una mesa lisa y horizontal. Una lata de refresco. también se puede utilizar una tabla (figura 1). tiempo-distancia identifique estos y represéntela con la gráficamente (figura 2). se desplaza aproximadamente uniforme recorriendo a lo con largo un de la iguales movimiento superficie. Obtenga los cocientes e valores velocidad: V = dh. en tiempos distancias iguales. Evangelina Hernández Díaz.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ actividades extra-clase dirigidas a los alumnos más aventajados e interesados en la realización de proyectos como el experimento del cálculo de la constante solar. Desarrollo. que esta sobre la vertical de A.) gráficamente para obtener la relación d = vt. B y C (figura 5). Este experimento se puede realizar también con una tapa de baja fricción (figura 3). El aire del globo que sale por la cara de la tapa disminuye la fricción y hace posible que la tapa. DETERMINACIÓN GRAVEDAD DEL CENTRO DE El movimiento rectilíneo uniforme también puede observarse con un tubo de vidrio de 1 cm de diámetro y de 1. se desplace sobre la superficie de la mesa con un movimiento rectilíneo uniforme.G. Al inclinar el tubo ésta se desliza y se pueden medir los tiempos para cada 20 cm. ESTÁTICA Procediendo de la misma manera que en el experimento anterior. posteriormente habrá que tensarlo. al que se le ponen marcas cada 20 cm. Este proceso se repite para los puntos B y C (figura 6). A.5 m de longitud. Observe que los tres hilos se cruzan en un punto llamado centro de gravedad (C. elabore una tabla de valores tiempo-distancia y represéntelo Se hace una abertura rectangular en una lata y con un clavo se perfora en tres puntos. 37 .LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ aproximadamente. Enseguida se. suspende el bote con un hilo que pasa por A y cuando el bote se encuentra inmóvil se hace un orificio en A'. Ésta se construye con una tapa lisa a la que se hace un orificio en el centro y se le pega un tubito de plástico con un globo inflado. Posteriormente se realiza la tabla tiempodistancia y su representación gráfica para llegar a la relación d = vt (figura 4). con un pequeño impulso. Se llena de agua dejando una burbuja. Observe que la figura se mantiene en equilibrio. Emplee una lata vacía sin perforaciones y colóquela en el suelo. Mientras la plomada no salga de la superficie del primer cuadro la estructura no se caera. B y C. tres agujeros A. como se muestra en la figura 7. El dispositivo se arma como se ve en la figura 9. ponga un pie sobre la lata y apóyese en un objeto cercano para no caer. se recorta y se hacen. la figura se caería.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ Un empleo de la determinación del centro de gravedad es el dispositivo formado por una plomada y tres tablitas de triplay de 10 • 10 cm y cuatro tiras de triplay de 20 cm de largo. Pida a un compañero que dé un pequeño golpe a la lata con la goma de un lápiz y nota- 38 . Observe que la lata resiste muy bien el peso. Para determinar el centro de gravedad de un cuerpo se dibuja en un pedazo de cartón la figura humana. Puede verificar el punto colocando la punta de un lápiz en él. Si el punto fuera otro. Con suavidad. El punto donde se cruzan las líneas es el centro de gravedad (figura 8). Cuelgue la figura con un hilo en cada uno de los orificios y trace sobre ella las líneas que sigue la vertical. LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ rá que aquella se aplasta (figura 10). para obtener una recta con pendiente a/2. 39 . El conjunto de frascos o botes se pondrá en equilibrio. Se hace una tabla de valores tiempo-distancia y luego se traza la gráfica distancia contra tiempo al cuadrado. Se puede repetir este experimento con la tapa de baja fricción empleada en el movimiento rectilíneo uniforme (p. 40. como en el dispositivo que se muestra en la figura un 12. 104). La tabla de deslizamiento debe inclinarse más para obtener un movimiento acelerado (figura 13). Esto SISTEMA DE LATAS EN EQUILIBRIO A tres recipientes vacíos transparentes de plástico o tres botes de refresco se les pone agua. 60 y 80 cm. se obtiene aproximadamente ecuación d = ate/2. Los hilos en suspensión formarán un ángulo recto. Luego se dan pequeños golpecitos al palo de escoba para el reacomodo de las latas (de manera que se pueda despreciar la fricción). Uno se llena por completo. ¿Cómo explicaría lo observado? MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO Cuando se inclina una mesa o tabla un cierto ángulo y luego se deja rodar una. lata vacía sobre ella. puede comprobarse si medimos el movimiento uniformemente acelerado que cumple con la tiempo (t) para diferentes distancias (d). esto puede verificarse con un transportador o empleando vectores y el teorema de Pitágoras. de otro se llenan 3/5 y del tercero 4/5. Se suspenden mediante dos carretes de hilo sobre un palo de escoba (figura 11). por ejemplo: 20. LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ también puede llevarse a cabo en con un acelerómetro. que consiste un frasco transparente de vidrio o plástico con agua y dentro un corcho unido a la tapa mediante un hilo. En esta situación el aire proporciona una fuerza centrípeta a la flama y por ello se inclina hacia el centro. ¿Existe analogía entre la piedra y la cuerda de una honda y el experimento de la flama? ¿Cómo explicaría el funcionamiento del acelerómetro? Posteriormente encienda la vela. Se notarán diferentes parábolas debido a la velocidad de salida. La llama debe estar aproximadamente a 5 cm de la parte superior del plástico. Esto sería correcto si la flama se moviera contra el aire. que depende de la altura del agujero (figura 14). El corcho debe flotar a mitad del agua (figura 16). También puede colocarlo en un tocadiscos o sobre una rueda de bicicleta con el fin de observar -la flama. del agua. Tome después el bote y con el brazo extendido describa un círculo. pero el aire esta encerrado por el plástico y permanece inmóvil con respecto a la flama. MOVIMIENTO PARABÓLICO Con un clavo se hacen varios agujeros a lo largo de un bote vacío y luego se llena de agua. En el experimento de la llama podría pensarse que esta debería dirigirse en sentido contrario al movimiento. Coloque una hoja de plástico transparente (acetato) Enseguida se mueve el dispositivo en círculo o hacia adelante en línea recta para observar el movimiento del corcho. FUERZA CENTRIPETA En una lata vacía fije una vela. 40 . ¿Hacia dónde se dirige la flama? ¿Por qué? Este experimento alrededor de la lata y fíjela con una liga (figura 15). de largo se arma el conjunto (figura 18). de diámetro en la base de una lata vacía. luego suelte el bote desde el punto A. lance una pelota de pingpong hacia arriba varias veces y mida la altura máxima alcanzada. de longitud. se ha hecho un modelo de aplanadora. En el fondo de otro bote haga un orificio para que pase por el la varilla. luego se pega sobre el orificio un tubito de plástico de 2 cm. se desplaza. a partir del platillo en reposo. De esta manera. la liga se enreda varias veces con el palito y cuando el artefacto se deposita en el suelo. Como actividad de reflexión se sugiere que expliquen las diferentes transformaciones de energía. ¿A qué se debe? TRANSFORMACIÓN POTENCIAL DE ENERGÍA ELÁSTICA A ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL Corte la base de una lata para tener un platillo. Fije el platillo al extremo de una varilla. Observe que el bote siempre llegará a un punto B que se encuentra en la horizontal que pasa por A. Amarre un hilo a la data y suspéndalo de un palo de escoba. enseguida con dos ligas y un palito de 12 cm. ENERGÍA EXPERIMENTO DE GALILEO Con un bote lleno de agua construya un péndulo. Utilizando este dispositivo. Con la ayuda de la ecuación 1 /2 k x z = mgh deduzca la constante del 41 . Entre el platillo y el fondo del bote coloque un resorte de aproximadamente 7 cm que rodee la varilla (figura 19).LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ APLANADORA MECANICA Se hace un orificio de 5 Mm. cualquiera que sea la posición de un obstáculo C. MOTOR DE VAPOR Ponga agua (hasta un cuarto de su capacidad) en una lata con orificios dirigidos tangencialCONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Y LA ENERGÍA En la base de una lata vacía se hacen diez agujeros con un clavo. ¿Qué principios físicos explican el funcionamiento de este dispositivo? MOTORES 42 . que puede hacerse con un frasco de vidrio. provocando que el bote gire en sentido contrario (figura 22). encienda la lámpara y espere algunos segundos a que el agua empiece a evaporarse y salga por los orificios. ¿Qué aplicaciones prácticas tiene este experimento? realizarse con el aparato de la ley de Hooke para conocer la constante y poder comparar. sin sacarlo. El experimento también puede velocidad impulse la lata en sentido contrario a la salida del agua o vapor. MOTOR DE AGUA Suspenda con un hilo una lata de orificios dirigidos tangencialmente. Esta operación se repite para cada agujero a fin de obtener orificios dirigidos en toda una circunferencia. Los orificios se orientan tangencialmente moviendo el clavo de A hasta A'. enseguida coloque una lámpara de alcohol. Cuando la lata esté inmóvil. esta disposición de los agujeros hace que el líquido o vapor que salga por ellos con cierta mente en la parte superior y cuélguela de un palo de escoba o soporte universal. por la ley de la conservación de la cantidad del movimiento (figura 20). Llénela de agua y enseguida observará que la lata gira en sentido contrario al flujo de agua (figura 21).LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ resorte.5 a 2 cm. separados aproximadamente de 1. o bien con pintura de color negro mate.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA CONSTANTE SOLAR Para calcular el número de calorías que por unidad de área y unidad de tiempo recibe la. Cuando se han logrado estas condiciones. luego se agita en periodos cortos hasta que la temperatura permanezca constante. Para verificar que el equilibrio térmico existe. después póngalo al sol de forma que los rayos lleguen perpendicularmente a la superficie negra o al eje del bote. utilice un bote de refresco vacío. Cuando el sol se incida ha en alcanzado el bote. para que absorba el máximo de energía solar. se pone un termómetro en contacto con el agua. esto lo podemos determinar cuando el bote proyecte una sombra rectangular (figura 23). la constante solar. se cubre el bote con una pantalla para impedir que la luz del sol llegue al bote. superficie terrestre. el se equilibrio mide la termodinámico. Enseguida se hace una tabla de valores y se traza la gráfica 43 . Llene el bote de agua y péselo. de este modo el sistema agua-bote alcanza el equilibrio térmico con la temperatura que se encuentra alrededor de la lata. es decir. pinte la mitad externa de la lata con el humo de una vela. se quita la pantalla para que temperatura cada 30 segundos y se agita de cuando en cuando el bote. consiste en pararse sobre una báscula en un elevador. se mueve la lata hacia abajo al mismo tiempo que se destapa el orificio para observar como sale el agua (figura 27). Con base en la fórmula libre sometido a fuerzas como la que ejerce la liga sobre las tuercas. El regalo puede reproducirse en el laboratorio escolar. 44 . Enseguida. En la base de la lata se perfora un orificio para atorar la liga. Un ejemplo de este efecto. una liga de 12 cm de longitud y dos tuercas no muy grandes. que los alumnos pueden sentir. Con este dispositivo el alumno observará lo que sucede cuando un objeto esta en caída Una variante más del experimento consiste en perforar una lata en la parte inferior. Se calcula la constante solar.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ tiempo-temperatura (figura 24). midiendo en la gráfica. el elevador está hacia abajo en el sen tido de la aceleración de la gravedad el peso de las tuercas se elimina con respecto a la lata y queda solamente la fuerza de restitución de la liga. Para mayor información sobre este proyecto se puede consultar Iniciación y al método Modelo Cada tuerca está sometida a dos fuerzas: su peso y la fuerza de restitución de la liga con respecto a la lata. El juego consiste en lograr que las tuercas entren en la lata sin tocar ni las tuercas ni la liga. p. Se trata de un juguete formado por una lata de refresco vacía y sin tapa. cuando el elevador desciende la báscula marca un valor menor al que se aprecia cuando inmóvil. la cual llevará las tuercas al interior de la lata. rápidamente. tapar el agujero con el dedo y llenar de agua la lata. experimental termodinámico global (véase la bibliografía. el ángulo 0 como se muestra en la figura 25. de manera que la liga permanezca tensa y los extremos con las tuercas equidistantes (figura 26). Cuando ésta se mueve RELATIVIDAD Se cuenta que en su infancia Albert Einstein recibió un regalo con el cual es posible demostrar la relatividad existente entre un sistema fijo y otro acelerado. En cada extremo de esta se amarra una de las tuercas y se colocan fuera de la lata. cientifico 118). obtenida experimentalmente. 1985. College Park. 1986. 45 . Alvarenga. Kapelusz (Biblioteca de Cultura Pedagógica) Rosas. Harla. Univalle Colombia. 1971. Psicología evolutiva de Piaget. Máximo. 1982. Ruth M. Iniciación al método científico experimental. México. Buenos Aires. Barcelona. Física a la lata. Trillas. 1976. México.. Beard. Paidos. Publications Departament. 1992. Física L Fasciculo 2. Jorge. Riveros. Morales Acoltzi. Colombia. A potpourri of physics teachers ideas. Colegio de Bachilleres. Tomás. Modelo termodinámico global. 1994. De la lógica del niño a la lógica del adolescente. México. Rosas Dominguez.LA FISICA EN LATAS_______________________________________________________ BIBLIOGRAFÍA Inhelder y Jean Piaget. Física general con experimentos sencillos. México. Lucía y Héctor G. UNAM [tésis] American Association of Physics Teachers. 1985. Valero. Facultad de Ciencias. Michel. cuántica y matemáticas. la teoría de funciones. Destaca su trabajo en torno a los rayos cósmicos. se verá que en este seminario la física no desempeñó nunca el papel principal. A grupo Un factor muy favorable durante ésta primera etapa era el interés que tenía Sotero Prieto por la física como fuente de inspiración matemática. principalmente física teórica. Es uno de los iniciadores de la física mexicana.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ EL DESARROLLO DE LA FÍSICA EN MÉXICO MANUEL SANDOVAL VALLARTA Físico mexicano en que hizo contribuciones general. por los años de 1930-1940. No se puede afirmar que en este seminario se presentaran trabajos de verdadera investigación. Planck y Heisenberg. la fuente más fecunda del análisis matemático. No siempre se podia recurrir a las fuentes originales. Murió en 1977. física fundamentales relatividad preparación se hacía por lo común en libros adquiridos por cada quien. principalmente aquellos que tenían relación con la geometría. El primer intento organizado para desarrollar la investigación física en nuestra patria. Fue alumno de Einstein. según el. de la relatividad de Einstein. Sin embargo. en ocasiones se habló de la teoría electromagnética de Maxwell. A este pertenecieron en diversas épocas Alfonso Nápoles Gándara. que fue el punto de partida de la teoría Lemaitre-Vallarta. casi al mismo tiempo que el Instituto de Matemáticas y la Facultad de Ciencias. de la la historia del desarrollo física moderna arranca con Sotero Prieto que organizó en la antigua sociedad científica "Antonio Alzate". de la teoría de la radiación de Planck y de otros temas semejantes'. Los problemas que presenta el análisis de los fenómenos naturales eran. de la teoría cinética de los gases de Boltzmann. En L IGUAL QUE SUCEDE en el caso de las matemáticas. más allá del nivel elemental. Los medios disponibles para realizar esta labor eran entonces muy modestos. bien fuera por dificultades de lenguaje o bien porque no habia ideas claras sobre las mejores fuentes existentes. No tenían sentido de contacto íntimo con el mundo físico que debe de guiar siempre al buen investigador en esta materia. un seminario donde un grupo de unos diez entusiastas presentaban semanariamente algún tema de matemáticas o de física. el álgebra superior. Mariano Hernández Barrenechea. No había en ninguna biblioteca en México colecciones de revistas nacionales o extranjeras dedicadas a publicar trabajos de investigación y la 46 . y para él la confrontación con el experimento tenía solo una importancia secundaria. Alfredo Baflos y otros más. fue la fundación del Instituto de Física en la Universidad Nacional Autónoma de México en 1938. pero cuando menos sí había el deseo de explorar algunos aspectos `recientes de las teorías físicas Así. fue allí donde la futura primera generación de físicos mexicanos se asomó por primera vez a la física superior. Si a esto se agrega que una buena parte de los concurrentes al seminario dedicaba atención preferente a problemas de matemáticas puras. Graef continuó sus investigaciones durante unos diez años más. contra la opinión de Weyl. Birkhoff acababa de iniciar sus estudios sobre su nueva teoría de la gravitación y Shapley estaba entonces empapado en sus grandes trabajos sobre las galaxias. Por esos años Lifshitz llevó a cabo un trabajo importante sobre la estabilidad de las órbitas periódicas principales a través de la determinación de sus exponentes característicos de Poincare. Oyarzabal. El Instituto quedó instalado originalmente en un viejo local del Palacio de Minería. físicos y astrónomos. pero sin agregar nada sustancial a la teoría. por en medio el que del llamado efecto de colaboró Juan del observatorio astrofísico de Tonantzintla en 1942. Octavio Vejar Vázquez. Edward Orlando Lawrence. Luis Enrique Erro. Desde el punto de vista administrativo. quien gozaba de la confianza Camacho del y del presidente secretario Manuel de Ávila Educación. William Vermillion Houston y otros más. Se puede decir que estos fueron los primeros trabajos de investigación en física teórica y experimental realizados en México por autores mexicanos y publicados en revistas especializadas extranjeras de alta categoría. Harlow Shapley. con una tesis sobre un aspecto de la teoría de los efectos geomagnéticos de la radiación cósmica. sino que Después de realizado el congreso de Puebla. 47 . Ambos dieron el tono de esta asamblea y su influencia se ha prolongado hasta hoy. como George David Birkhoff.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ese año regresó a México Alfredo Banos. trabajo en el que colaboraron Héctor Uribe y Jaime Lifshitz. Birkhoff permaneció en México durante varios meses y dio un curso sobre su teoría de la gravitación al que concurrieron Carlos Graef Fernández y Alberto Barajas. cercano a la ciudad de Puebla. Puede decirse que este fue el primer congreso científico de importancia realizado en México. donde trabajó hasta que 15 años más tarde fue trasladado al magnífico edificio de Ciencias de la Ciudad Universitaria. cooperó en su fundación e instalación Ricardo Monges López. los aparatos e instrumentos observatorio más indispensables que de un astronómico. quedó instalado en el poblado de Tonantzintla. Resultado de este curso fue la solución que encontró Graef al problema de los dos cuerpos en la teoría de la gravitación de Birkhoff y la demostración que dio Barajas de que ésta última no corresponde a la teoría de la gravitacion de Einstein en el caso de los campos débiles. no sólo se hicieron algunos trabajos importantes sobre la teoría de la radiación cósmica. En los primeros años. persuadió al gobierno de la República para que gastara los fondos necesarios para los edificios. principalmente sobre radiación cósmica. Al igual que Baflos. Para solemnizar este acontecimiento se llevo a cabo en la Universidad de Puebla un congreso científico al que concurrieron destacados matemáticos. Obtuvo su doctorado en física en el mismo año en que se fundó el Instituto de Física. Lleno de entusiasmo. continuó sus investigaciones a su llegada y fue nombrado primer director del citado instituto. Graef disfrutó de una beca Guggenheim El siguiente hecho importante fué la fundación doctorado y con física su en ayuda el obtuvo el de en Instituto también se hizo un experimento importante para determinar el espectro de la radiación cósmica acimutal. quien había disfrutado de una beca Guggenheim para realizar estudios de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. entre los que mencionaremos el cálculo completo de la familia de órbitas periódicas} principales en el campo del dipolo geomagnético. que tampoco ha podido contar hasta la fecha con un presupuesto adecuado. en donde trabajan los físicos Augusto Moreno y Tomas A. numerosas investigaciones Estos fueron los dos primeros laboratorios de física experimental establecidos en México. fue fundada la Comisión Nacional de Energía Nuclear. durante la presidencia de Adolfo Ruiz Cortines. la por gerencia Carlos de Lazo encabezada En 1956. Como sucesor de la Comisión Impulsora y Coordinadora de la Investigación Científica fue fundado en 1950 el Instituto Nacional de la Investigacion Científica durante la presidencia de Miguel Alemán y con Manuel Gual Vidal al frente de la Secretaría de Educación Pública. fueron fundados en 1943 la Comisión Impulsora y Coordinadora de la Investigación Científica y El Colegio Nacional. con amplios programas y facultades. También Carrillo disfrutó de una beca Guggenheim y con su ayuda obtuvo el doctorado en la Universidad de Harvard con una tesis sobre un problema de elasticidad.. Más recientemente el Instituto de Física ha establecido laboratorios de radioquímica y radioisótopos. Mazari residió por algún tiempo en el laboratorio de alto potencial del Instituto de Tecnología de Massachusetts y trabajó como colaborador del profesor Willian W. En este laboratorio. pero desgraciadamente con un presupuesto muy exiguo. para la adquisición de un generador electrostático Van de Graaff de 2. Poco antes había sido fundado Octavio el Cano laboratorio Corona. En estos anuarios aparecieron trabajos de Nabor Carrillo y de Manuel Cerrillo sobre física aplicada. se han realizado varias investigaciones sobre los niveles de energía de los núcleos ligeros. Al terminarse la construcción de Ciudad Universitaria. por su parte obtuvo poco después su doctorado en matemáticas en la Facultad de Ciencias con una tesis sobre relatividad. laboratorio y planta que originalmente fueron proyectados e instalados por el Instituto 48 . Como en esos años casi no existían todavía revistas científicas especializadas en nuestro país. Barajas. Cano. estudió en la Universidad del estado de Pennsylvania. Brody. Cuenta con un laboratorio de química inorgánica y una planta piloto anexa para estudios sobre minerales uraníferos uranio a mexicanos partir de y la extracción del dichos minerales. el primero sobre temas de elasticidad. bajo la dirección de realizado materia. especialmente en los últimos años bajo la dirección de Marcos Mazari. firmó un contrato Co. la comisión citada publicó desde 1943 hasta 1949 un anuario en el que están recopilados los trabajos científicos ejecutados con su ayuda. plasticidad y mecánica de suelos y el segundo sobre aplicaciones de teoría electromagnética.2 millones nuclear de electrón-volts y así fue al establecido el primer laboratorio de física experimental perteneciente Instituto de Física. en aquellos aspectos que tocan a la utilización para fines pacíficos de la energía nuclear. por su parte. construcción en 1952. Esta Comisión ha cooperado en forma amplia al desarrollo de la física nuclear en México. También durante la presidencia de Manuel Ávila Camacho y todavía con Octavio Vejar Vazquez al frente de la Secretaría de Educación Pdública. Buechner. con la de High Voltage Engineering Cambridge. Massachusetts. de se rayos han en la x y cristalografía donde.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Tecnología de Massachusetts con una tesis importante en la que demostró que no existen órbitas periódicas en el campo del dipolo geomagnético que no crucen el Ecuador. Guadalajara y Culiacán. Coadyuva a este desarrollo la numerosas diversos organismos internacionales con la cuales numerosos físicos su mexicanos podido continuar preparación en el extranjero. ha tenido una asamblea conjunta con la Sociedad Americana de Física en la ciudad de México en 1955 y publica ademas radioisótopos. La comisión cuenta además con un laboratorio de electrónica donde se construyen escaladores. quien.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Nacional de la Investigación Científica y que luego pasaron a depender de la Comisión. residió durante dos años en Chicago. con un laboratorio de radiación electromagnética donde se construyen contadores Geiger. En la última década. la física se ha desarrollado a un paso acelerado. fuentes de potencia y otros aparatos útiles para laboratorios de Un aspecto muy importante en el desarrollo de la investigación física es la facilidad de publicación de los resultados obtenidos. tanto en revistas mexicanas como extranjeras. donde llevó a cabo estudios de física con Enrico Fermi. por iniciativa del físico francés Robert Richard-Foy. La sociedad se ha reunido en asambleas en Querétaro. del síntesis para de la circuitos eléctricos y problemas de filtración sucesor taller construcción de contadores Geiger fundado por el Instituto Nacional de la Investigación Científica. se hacen estudios sobre semiconductores tanto inorgánicos de ruidos. El laboratorio de radiación está bajo la dirección de Alejandro Medina. Tanto en el Instituto de Física de la Universidad como en Otro paso importante en el desarrollo de la investigación física fue la fundación del Centro Electrónico de Cálculo Numérico en la Universidad en el año 1958. Como ejemplo. con la ayuda de un subsidio del Instituto Nacional de la Investigación Científica. El primer número de esta revista apareció en 1952 y desde entonces. Hay numerosos problemas que requieren para su solución extensos cálculos numéricos que no pueden realizarse en un un boletín de divulgación. en 1959 se publicaron cerca de 40 trabajos de investigación de autores mexicanos. Hasta la fundación de la Sociedad Mexicana de Física y de su Revista Mexicana de Física. han aparecido regularmente cuatro números al año. los laboratorios de la Comisión Nacional de Energía Nuclear se han llevado de a cabo numerosos disponibilidad ayuda de las han trabajos de verdadera becas de investigación. como orgánicos. después de hacer sus estudios en la Escuela de Ciencias Químicas de la Universidad. no existía en México una revista especializada. 49 . Actualmente hay en México una docena de físicos con grado de doctor por diversas universidades extranjeras además de la de México. Se escogió un personal que parecía adecuado para ésta labor y el seminario se reunió con el objeto de que cada miembro del grupo estuviera al tanto de la labor de los demás. tiempo razonable al ejecutar todas las Puede decirse que cuando menos las cuatro quintas partes de los trabajos de investigación realizados en México han nacido en el seminario de física. Como ejemplo esta el cálculo de los coeficientes de transformación de Clebsch Gordan. por otro. la teoría del modelo de capas del núcleo y cuestiones relacionadas con la estructura nuclear que impulsan Marcos Moshinsky. teoría del campo. que trabaja el grupo que dirige Ruth Gall. la teoría de los reactores numerosos temas física perimental. Posteriormente. Francisco Medina y Tomas Brody. teoría de circuitos. Alejandro Medina. Fernando Prieto. Francisco Medina. Juan de Oyarzabal y algunos más. La falta de fondos para continuar estos trabajos subsistió hasta la fundación de la Comisión Nacional de Energía Nuclear en 1956. con Alejandro Medina. realizados por Brody por iniciativa de Moshinsky. Concurren actualmente alrededor de 30 físicos. Al terminar el Los trabajos de investigación física que actualmente se realizan en México llevan orientaciones muy diversas. pero el con seminario absoluta reuniéndose regularidad hasta la fecha. El Centro cuenta con una máquina IBM 650 que hasta ahora se ha demostrado competente para ejecutar las labores deseadas. indispensables en el estudio del modelo de capas del núcleo. El origen de este seminario fue el encargo que el presidente Miguel Alemán hizo a la división de física del Instituto Nacional de la Investigación Científica de hacer estudios preliminares para averiguar si era factible la construcción de un reactor nuclear con uranio mexicano. partículas elementales. operaciones a mano o. 50 . particularmente de los efectos geomagnéticos. con la ayuda de máquinas de escritorio. Tomas Brody y otros. la teoría del campo y la teoría de las partículas elementales. también se han En 1951 se reunió por primera vez un seminario de física que ha continuado sus juntas semanarias desde entonces. formó parte del seminario Manuel Cerrillo. y los temas puestos a discusión se ampliaron hasta incluir física nuclear de alta y baja energía. pero desde que Marcos Mazari y otros miembros del personal del laboratorio Van de Graaff se unieron tratado al seminario. Fernando Prieto y Juan de Oyarzabal. así como de Augusto exMoreno. teoría de la información y otros más. Entre los fundadores del seminario estaban Marcos Moshinsky.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ periodo presidencial de Miguel Alemán en 1952 se interrumpieron los estudios sobre reactores continuó nucleares. Por un lado están la física nuclear de alta energía. la teoría de la radiación cósmica primaria. En los primeros años la mayor parte de los trabajos presentados fueron sobre temas de física teórica. EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ nucleares con Carlos Vélez. y ha realizado investigaciones originales con radioisótopos. unas cuantas hojas de papel y lápices. es el de la Universidad de Guanajuato. Así. para prepararse en la Universidad de Purdue en técnicas de la cámara de Wilson y reacciones nucleares de alta energía. a un buen físico teórico le basta la inspiración. Del Castillo resolvió más tarde radicarse en el extranjero. el Instituto Nacional de la Investigación Científica concedió en 1950 una beca a Gustavo del Castillo y Gama. En la Universidad de Nuevo León. pero el laboratorio ha continuado su trabajo bajo la dirección de Candelario Pérez que adquirió sus conocimientos en la Universidad de Estrasburgo con el profesor Gorodetzky. embargo. En efecto. que servirá como fuente de radiación. Otras investigaciones experimentales de interés se han llevado a cabo por Alonso Fernández sobre el crecimiento de cristales y su ruptura eléctrica. un movimiento apreciable en varias ciudades de los estados. Fernando Prieto y otros más. espectrógrafo magnético. de la Universidad de San Luis Potosí. Raúl Carrasco y Luz Maria Fucugauchi. por Carlos Vélez y Mario Vázquez sobre plasmas y por Jorge Halvas sobre dosificación biológica de las radiaciones. Peñalosa y Eduardo Posada. niveles de energía de núcleos ligeros con Marcos Mazari y sus colaboradores. de Sinaloa. la mayoría de las investigaciones físicas realizadas en México son sobre temas de fisica teorica. Arnulfo Morales Amado. radioisótopos con Augusto Moreno. la semilla sembrada hace 30 años ha fructificado a pesar de todas las dificultades. experto Mireles de contamos de nadamente con los servicios de un grupo constructores Manuel aparatos instrumentos entre los que se cuentan José Malpica. Manuel Raquel Perusquía. Fernando Camarena. Como se ve. donde Armando López ha construido un generador electrostático de 0. Tal vez uno de los mayores esfuerzos en el terreno de la física experimental es la construcción de un generador electrostático de 0. estudios sobre semiconductores inorgánicos y orgánicos por Alejandro Medina y Alicia Barles. Diego. poco a poco se ha conseguido Para formar ello laboratorios afortue modestos donde ha adquirido arraigo la física experimental.5 millones de electrón-volts que servirá para actuar una fuente de neutrones para un reactor subcrítico. Desgraciadamente. Del Castillo fundó un pequeño laboratorio cuyo aparato principal es una cámara de Wilson con gobierno automático construida totalmente en México. separación de isótopos ligeros con Alejandro Medina. síntesis de circuitos eléctricos.5 millones de electrónvolts. semejante al de San Luis Potosí. de Sonora y otras se inician ya trabajos de investigación en física. Un caso aparte. todo ello construido en su mayor parte en México. teoría de la información y filtración de ruidos con Alejandro Medina y Gertrudis Kurz. Ya anteriormente Richard-Foy había construído en México otra pequeña cámara de Wilson. A su regreso a San Luis Potosí. en tanto que el físico experimental requiere para su trabajo aparatos e instrumentos frecuentemente muy costosos. Como ya dijimos. También se ha llevado a cabo con éxito la construcción de un 51 . A pesar de su penuria. Las investigaciones que hemos descrito se han Sin llevado a cabo existe hasta ya ahora en el ambiente científico de la ciudad de México. los conocimientos. la curiosidad y la disciplina intelectual. Como es natural la física teórica se ha desarrollado entre nosotros más rápidamente que la física experimental. y a el concurrieron un centenar de destacados físicos y astrofísicos de una veintena de países distintos. de tal manera que quien lea la descripción tenga una idea lo más aproximada posible del objeto caracterizado. tamaños u otras características que evocan los de los cuerpos a los que pertenecen. sino también una redacción coherente. representativa de un compuesto. átomos para la partícula mínima para la de un elemento. de este modo no solo se practican la utilización de instrumentos y las unidades de medida adecuadas y correctas. no pesan ni tienen volumen. Señala las limitaciones de cada una y cuál es la teoría aceptada actualmente. Rabi. ERRORES FRECUENTES acerca de la constitución de la materia a lo largo de la historia. fue el aspecto astrofísico de la radiación cósmica. La materia está formada por partículas mínimas. Tiomno y Leite Lopes. Este congreso tuvo un papel importante en la historia del desarrollo de ésta rama de la física y sirvió de punto de partida para diversos trabajos por físicos mexicanos. La primera sesión se verificó en la ciudad de México y en ella figuraron profesores físicos tan Muchos alumnos generalizan propiedades destacados como Rudolf Peierls. Blackett. que tiene por objeto preparar a físicos mexicanos y de los demas países americanos de lengua española o portuguesa en los más recientes aspectos de la física. • Muchos jóvenes afirman que el aire. a la que concurrieron cuatro premios Nobel. cuando se trata de un elemento o un compuesto. PROBLEMA Entre las propiedades generales de la materia se encuentra la posibilidad de efectuar divisiones sucesivas hasta llegar a la partícula última representativa del objeto dividido. En 1950 se reunió en la ciudad de México la asamblea de la Sociedad Americana de Física. por macroscópicas de la materia. con profesores de la talla de Yang.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ En 1955 tuvo lugar en la misma Universidad de Guanajuato el Quinto Congreso Internacional de Radiación Cósmica bajo los auspicios de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada.2 APROXIMACIÓN AL CONOCIMIENTO DE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA La descripción detallada de un objeto tendrá que incluir sus características generales y parátomos y moléculas por ser "tan pequeños".S. y moléculas partícula mínima MOLÉCULAS Y ÁTOMOS ticulares. esto es. y en la segunda como Eugene Wigner y Paul Levy. a los átomos o moléculas. El tema principal en este congreso. y en general los gases. Investiga cómo han evolucionado las teorías Por iniciativa de Marcos Moshinsky se fundó en 1957 la Escuela Latinomericana de Física. y en 1955 tuvo lugar en la Universidad Nacional Autónoma de México una asamblea conjunta de la Sociedad Mexicana de Física y la Sociedad Americana de Física. presididó por Patrick M. La tercera sesión se verifica este año 1960 en Río de Janeiro. 52 . laureado con el premio Nobel. no son materia y. que no se pueden dividir sin dejar de ser lo que originalmente eran. • Es común que los alumnos crean que los 2 . que presidió Isador I. laureado con el premio Nobel. atribuyendoles formas. midiendo cuánto agrega. se desequilibran si uno de los dos se desinfla.3 MEDICIÓN DE SÓLIDOS. Agregue posteriormente la arena. por diferencia. no pesan ni tienen volumen. aunque ellas mismas NO L0 SON. con el recipiente volumétrico graduado lleno de la misma. Puede haber varias respuestas correctas. el 53 . LÍQUIDOS Y GASES La obtención de las medidas de masa y volumen EXPERIMENTO CAPACIDAD DE UN RECIPIENTE O CÓMO MODELAR ÁTOMOS Y MOLÉCULAS MATERIAL -un vaso de vidrio -canicas. Las canicas. y en ese estado de la materia. la arena y el agua ilustran cómo se comportan los átomos y las moléculas. o es demasiado grande para medirlo en una probeta graduada? ¿Cómo medir la masa de aire contenida en un globo. la aceleración de la gravedad en la Luna será (pueden ser vasos de precipitados o probetas) para los diferentes estados de agregación de la materia no puede realizarse de la misma forma.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ tanto. puede ayudar a modificar esta creencia. El profesor puede tema. 2. pero una de ellas es que el agua al solidificarse se convierte en hielo. Agregue agua a la mezcla de canicas y arena midiendo cuánto es ésta y repita la misma SOLUCIÓN Este tipo de problemas busca que los alumnos observen el mundo y propongan explicaciones de los hechos que observan. e inicialmente equilibrados. pregunta. Por ejemplo. o la masa de un líquido contenido en un recipiente? con este experimento tener una fructífera discusión con sus alumnos sobre el PROCEDIMIENTO Llene el vaso de vidrio con las canicas y pregunte a sus estudiantes si se podrá agregar algo más en el recipiente. Una experiencia sencilla de laboratorio donde dos globos colocados en los extremos de un popote. se puede calcular el volumen de un sólido irregular por desplazamiento de agua. pero ¿y si el sólido es soluble en agua. arena y agua -dos recipientes volumétricos graduados PROBLEMA ¿por qué flota el hielo en el agua si ambos están hechos de lo mismo? Pero como la atracción gravitacional de la Luna es una sexta parte de la de la Tierra. sólido. y repita la pregunta que hizo antes. lo que cambia PESO Diferenciar el peso y la masa como dos propiedades de la materia es importante: la masa. dos asignaturas escolares (Física y Matemáticas) que generalmente se imparten ajenas una de la otra. Lo anterior unido al hecho de que en la Luna no existe fricción con el aire. depende de la cantidad de materia. El peso es la fuerza que resulta de la acción gravitacional de la Tierra sobre la materia. Pero como la atracción gravitacional de luna es una sexta parte de la tierra . y su magnitud en determinada con una balanza. ¿cuál será su peso y su masa en la Luna? PATRONES SOLUCIÓN Como la masa de la persona es de 60 kg.la aceleración de la gravedad en la luna será: CONVENCIONALES CONVENCIONALES DE Y MEDIDA NO EXPERIMENTO 54 . ¿0curre lo mismo con otros materiales? La ecuación para resolver el problema de GEOMETRÍA Y VOLÚMEN La utilización de métodos matemáticos en la obtención de volúmenes de cuerpos geométricos regulares integra. acuerdo con el uso de factores de conversión (discutido en la página 38) es: PROBLEMA Una persona pesa en la Tierra 60 kg. también le ayudará a reconocer que lo que en la Tierra se mide al pesar comparativamente es la masa de los objetos. permite que los astronautas puedan dar saltos más grandes. en la Tierra es 588 N mientras que en la Luna es 98 N. es decir 60 kg.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ hielo es menos denso que el agua en estado líquido y por eso el hielo flota. la masa de la persona en la Luna es la misma que en la Tierra. y se mide en newtons es su peso. en un mismo objetivo. su peso en la Tierra será: Con esta actividad el profesor podrá enseñar al alumno a utilizar la balanza. cuya unidad de medida es el kilogramo. que exactitud tienen. En México se tiene una copia del kilogramo y metro patrones. como se muestra en la figura. después se van agregando tornillos iguales.4 USO COTIDIANO DE PATRONES DE MEDIDA En la vida cotidiana se utilizan ciertos rangos de medida de la materia basados en el sistema decimal. ¿por qué con el dinamómetro se mide el peso pero no la masa? ¿Se podría encontrar la equivalencia entre el peso y la masa de un tornillo? MASA DE 1 GRAMO. El kilogramo patrón es la masa correspondiente a un cilindro de platino e iridio que se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Francia. El alumno deberá observar cómo están construidas. uno a uno. Con este dato se podrá construir una balanza (véase figura) y se le puede pedir al estudiante que compare la masa de 200 ml de agua con la masa de diferentes materiales. Hasta este momento se ha medido la masa de algunas cosas. marcando la posición del borde superior del vaso en cada 2. ¿En qué difieren? ¿Cuánto será un miligramo de plastilina? ¿En la Tierra se mide la masa de las cosas pesándolas? ¿En qué son diferentes la masa de un objeto. 55 . pero ¿cómo se mide el peso? Con un resorte y un vaso de plástico se puede construir un dinamómetro. ¿Cuál será la masa de 200 ml de masa de tortillas? 1 g de esta masa ¿tendrá el mismo tamaño que 1 g de plastilina? Es importante calibrar la balanza con el peso del recipiente que contiene agua antes de hacer las mediciones. a fin de tener una escala de medición. Algunos otros tomaron como referencia las medidas atómicas: el patrón de tiempo es el periodo de una radiación que emite un isótopo de cesio cuando pasa de un nivel energético particular a otro. Posteriormente se puede preguntar si conoce otro tipo de balanzas. cómo se marcan las medidas de la masa a medir. y su peso? UN MILILITRO DE AGUA TIENE UNA caso. cómo se utilizan correctamente y con qué se comparó la masa que se va a medir. Sobre una tarjeta fija a un lado del resorte se marca la posición del borde superior del vaso.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ¿Pesar o "masar"? En el laboratorio de la escuela hay algunas balanzas. Con este dispositivo se pueden hacer distintas mediciones. diferencia Discuta entre con una sus alumnos y la un balanza dinamómetro. dinamómetros. se esperaría agua sea proporcional que el límite de debajo del del a ésta CONVENCIONALES CONVENCIONALES La utilización constante de instrumentos de medida de la materia (reglas. Un ejemplo del mismo es el siguiente. Como se puede observar. por ello. Propongan la construcción de un mapa conceptual sobre materia. el al área de los pulmones y. etcétera) y la escritura correcta de las unidades con que se mide cada propiedad formarán un hábito básico en los alumnos EVALUACIÓN su posibilidad de permanencia mamífero (aunque regla. en el caso desarrollado ballenas a la longitud hay excepciones de especies que han 16 alternativas adaptativas ). en únicamente esto en un ser humano TIEMPO UNIDADES MISCELANÉA FÍSICA TAMAÑO Y FUNCIONES VITALES volumen de oxígeno que puede contener es consecuencia. al cuadrado de la longitud del mamífero . MEDICION VOLÚMEN Y DE LONGITUD. pueden mantener la respiración 16 veces más que lo humanos. ¿por qué no? La capacidad de los de un mamífero. Las azules son aproximadamente veces más largas que los adultos humanos y. el mapa indica que el alumno tiene errores conceptuales. es decir. los corregirse antes de cuales deben intentar continuar con los siguientes temas. NO Las ballenas pueden mantener la respiración bajo el agua pulmones proporcional durante 29 minutos.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ COMPARACIÓN DE MAGNITUDES Medir consiste en comparar una magnitud con otra de la misma especie.Tomando consideración. CON Y MASA. pipetas. 56 . probetas. balanzas. a la que convencionalmente se ha tornado como unidad. ha dado lugar a una noción intuitiva de la misma. sea lo que sea. y cuánta se necesita para el vuelo. no hay necesidad de definirla de manera inicial. La idea central es que la energía. por esto se sugiere partir de la identificación de sistemas familiares. Una vez entendida la transformación puede discutirse la idea de la conservación de la energía. El concepto de energía es abstracto y difícil. Es reacciones químicas que producen electricidad que produce movimiento. La relación entre diferentes formas de energía se puede hacer explícita movimiento o calor mediante que se demostraciones convierte en y experimentos: luz que se convierte en calor. la energía mecánica y la energía química. i así como que el hombre involucrado olvide el aterrizaje ¡ comunes de energía. sabia a neciamente. se presenta prometedora. la construcción de aviones ligeros. Actualmente parece que los intentos de diseñar naves aéreas impulsadas El contacto diario con algunas formas par el hombre pueden conducir a un modelo útil. se transforma y se conserva. Algunos de los problemas para el diseño de la aeronave son la cantidad de energía que puede producir el hombre. diferente a la de materia. así como la utilización cotidiana del término. ha saltado desde lo alto de un edificio batiendo las alas atadas a sus brazos. ¿De qué tamaño deben ser las alas? ¿Deben aletear? SOLUCIÓN Una investigación bibliográfica sobre el tema arrojó la siguiente respuesta.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ NOCIONES BÁSICAS DE ENERGÍA Y SU INTERACCIÓN CON LA MATERIA 1. En cambio. en los cuales una o dos personas pedalean para proyectos de fuerza motriz. los alumnos de de pueden energía sus acercarse a través al del y concepto físico MANIFESTACIONES TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA LIBRO PARA EL MAESTRO DE FÍSICA conocimiento manifestaciones transformaciones. la luz. De este modo. El primer vuelo de este tipo se 57 . así como las transformaciones que se pueden dar entre estos tipos de energía. después de ver sus relaciones. ¿Es posible que un hombre vuele impulsado 3. pero asociada a ella. calor. son del orden común de los enseres domésticos. Es altamente improbable que el segundo tipo de intento tenga éxito para alturas de más de 10 m.1 APRECIACIÓN DE ALGUNAS Y par su propia energía? La pregunta es antigua pero dista mucho de ser obsoleta. la electricidad. El concepto de energía aplicado al calor. en los cuales se manifieste la energía como resultado de la interacción de los componentes del sistema. Aquellos en que el hombre genera la energía motriz de la aeronave y aquellos donde. Ha habido dos tipos de intentos efectuados par el hombre para volar. importante resaltar el hecho de la transformación entre las distintas manifestaciones de la energía. En el caso del radio. manteniendo la misma actividad física. la resistencia se calienta. En el caso de la plancha se tiene: energía eléctrica de la caso que llega a la resistencia de la plancha a través del cable. y por último en sonido. pero parte de esa energía mecánica se transforma en calor. La oxidación de 1. Las mujeres entre 13 y 14 años necesitan 53 kilocalorías por cada kg de peso y los hombres 68 kilocalorias por cada kg de peso. Suponga que una persona tiene una dieta de 4 000 kilocalorías con la que no aumenta ni baja de peso. ésta. También los desechos que producimos ENERGÍA Y ALIMENTOS MISCELÁNEA FISCAL manera: transformaciones de energía requeridas para el funcionamiento de una plancha y de un radio portátil PROBLEMAS 58 . Las leyes de la física establecen que la energía es una cantidad que se conserva y se transforma en diversas formas de ésta si comemos la energía de los alimentos se .) Solución Cuando la persona hace una dieta de 3 000 kcal. 3. Cuando una persona está a dieta. promedio Los debe alimentos son la fuente de energía de nuestro consumir 12560 kilojoules o 3000 kilocalorias a través de diferentes alimentos. 2. La envergadura de las alas de estos aviones ha variado desde 20 hasta 40 m y en uno de ellos se ha cruzado el Canal de la Mancha. a su vez. el alimento que consume le proporciona menos energía que la que utiliza. Para realizar todas las actividades cotidianas nuestro cuerpo cuerpo un ser necesita humano alimentarse. Escribe una cadena con las energía. Si hace una dieta de 3 000 kilocalorías. el oxígeno que respiramos se utiliza para transformar los alimentos en energía química. La energía química se transforma en energía mecánica cuando movemos un músculo. por eso la persona "quema" su propia grasa almacenada. la energía para que funcione proviene de la energía química almacenada en las pilas. por lo que el problema se resuelve de la siguiente SOLUCIÓN En este problema se puede permitir que los alumnos discutan en grupos y que hagan las cadenas en dibujos a escritas. par tanto hay transformación en energía calorífica. se convierte en energía mecánica en las bocinas del radio. consume 1000 kcal menos al día. ¿cuánto tiempo se tardará en reducir 7 kg de masa? (Vease la siguiente Miscelánea física.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ llevó a cabo en 1961 y dicho avión alcanzó a viajar cerca de 50 m.5 kg de grasa proporciona a la persona alrededor de 4 000 kilocalorías de transforma en energía química. que se convierte en energía eléctrica. mantener la temperatura de nuestro cuerpo y sudar. kilocalorías de energía nos permitirán jugar. Lo anterior se basa en que el cuerpo necesita esas sustancias para mantenerse en buen estado. si los alimentos 3000 kilocalorías nos proporcionan esas 3000 diarias. con 400 g de mantequilla. En la tabla que aparece a continuación se proporcionan algunos datos de la energía que consumimos al día en diferentes actividades. Y señalarse kilojoules que no basta que nuestro cuerpo El uso de ejemplos y comparaciones entre diferentes distintos concepto. A partir de esta lista se puede calcular la energía que tanto los alumnos como el maestro consumen diariamente. por ello es conveniente que se relacionen estos dos conceptos. sino que la consuma esas 3000 kilocalorias o 12560 alimentación debe ser variada.80 18. trabajar. tiene que povernos de proteínas.50 7. carbohidratos.32 15. sino fuera relacionado con la eficiencia de las máquinas y es aquí donde cabe el concepto de potencia. puedan es un aprovechar. abono excelente nutriente para el crecimiento de las plantas y también de este se puede obtener gas metano para cocinar. tipos de maquinaria de y entre de procesos transformación diariamente. estudiar. El uso eficiente de los recursos energéticos está A continuación se proporcionan la cantidad de energía que contienen 100 g de diferentes alimentos. CONOCIMIENTO DE LA POTENCIA DE LAS UNIDADES DE aprovecho nuestro cuerpo lo cual no significa organismos De hecho. leer. La idea de energéticos. por.52 5. se haga explícito el porqué del uso de la misma unidad. y 20% de origen animal y leguminosas.00 La relación de la energía con las máquinas es muy importante y es esencial en la comprensión de la tecnología. UTILIZACIÓN ENERGÍA La unidad de energía es el joule y se deriva de las unidades de fuerza y de distancia. ejemplo.50 8. Kj (kilojoules) Dormir Sentarse Pararse Caminar Trabajar sentado Cocinar Hacer limpeza moderada 4. Por ello. dormir. Esta es la misma unidad que se utiliza para el trabajo. se recomienda consumir 40% de cereales y tubérculos 30% de frutas y verduras. Consumo de energía de diversas actividades cotidianas por cada minuto (para una persona de 65 kg) MEDIANTE EJEMPLOS COTIDIANOS energía es muy útil en la comprensión de este 59 . y se hable de las diferencias entre el concepto de trabajo y el de energía.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ contienen que otros energía almacenada no el la que no así. lípidos. minerales y vitaminas. ya que éste se relaciona con la cantidad de trabajo que una máquina puede realizar por unidad de tiempo. Para esto. su uso y los problemas de su obtención y de su utilización deben ser discutidos.82 7. tendríamos la energía que se requiere en todo el día. además de la energía que nos proporcionan. es decir. por ejemplo. En este curso se pretende retomar la idea de los estados de la materia. Un punto a resaltar es que el fenómeno no es exclusivo del agua. desde caseros hasta industriales. Otro punto importante es que. y su múltiplo el kilowatt. agua y hielo para que la temperatura sea uniforme. la temperatura comienza a elevarse de nuevo. aun cuando lo común sea que las encontremos únicamente en alguno de ellos. es decir. En cuanto se ha fundido todo el hielo. en ese momento. es común pensar que el agua en una olla que ha hervido. en la ebullición. conviene mencionar otra unidad de potencia de uso muy extendido (aunque sólo sea como información): los caballos de fuerza (1 HP= 746 watts). DE LAS UNIDADES DE Se puede después elaborar una gráfica de los datos y observar la una propiedad muy importante: temperatura aumenta continuamente hasta que llega a los 0 °C. 60 . y enfatizar que lo mismo ocurrirá en el cambio del estado líquido a vapor. miden su potencia en HP. y en el cambio de sólido a líquido. digamos diez minutos. las temperaturas de fusión y de ebullición de cada sustancia también cambian. Se tomarán los watts (1 watt =1 joule/s) como la unidad de potencia correspondiente al Sistema Internacional. Se insistirá en que todas las sustancias pueden existir en cualquiera de los tres estados. hasta que se funde todo el hielo. Sin embargo. tiene mayor temperatura que otra que sólo lo ha acompañados de absorción o liberación de calor. Se calienta el recipiente lentamente y se toman lecturas de la temperatura en distintos tiempos. a distinta presión. se empieza a observar la presencia de agua líquida. Es importante recalcar que en el cambio de estado la temperatura permanece constante. Hay que enfatizar que los cambios de estado de las sustancias puras van siempre ERRORES FRECUENTES • Se recomienda realizar experimentos donde se coloque en un recipiente. si agitamos continuamente la mezcla de. FACTORES QUE LOS MODIFICAN Los estados de la materia se conocen bien desde los cursos de primaria. Muchos alumnos creen que cuando un líquido alcanza su. es decir. pero cada una de ellas cambia de estado a temperaturas diferentes cuando el experimento se lleva a cabo a la presión atmosférica. temperatura de ebullición ésta aumenta si se agrega más calor. Así. hielo triturado y un termómetro. PUNTOS DE FUSIÓN Y DE EBULLICIÓN. volumen y presión) y en su relación funcional.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ UTILIZACIÓN POTENCIA Las unidades de potencia deben derivarse y discutirse de una manera similar a la que se ha seguido con las unidades que han ido apareciendo a lo largo del curso. sino una propiedad común a todas las sustancias. pero no de variación de temperatura. también si se trata de sustancias con impurezas o mezclas. a pesar de que se siga suministrando calor. aunque se siga suministrando calor. el termómetro registra una temperatura constante de 0 °C. hasta un poco después de que se ha fundido el hielo. centrando la discusión en las variables que entran en juego (temperatura. A partir de ese momento. Se sugiere realizar la experiencia anterior usando agua con sal o azúcar. el hielo empieza a fundirse. ya que muchos motores. en la forma más clara posible. y por la rotación de al del calor excesivo. ya se ha hablado del equilibrio térmico y de como. calienta. se puede introducir la idea de que el calor es energía que se transfiere de una parte del sistema a otro. 142). notaremos que una brisa nos refresca un 61 . se pueden utilizar cuando ejemplos cotidianos. suele y dadas a las los dificultades causarles y por conducción. Los vientos se originan por las diferencias de temperatura que existen entre distintas capas de la atmósfera. se transfiere energía calorífica de aquel que está a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. 16% de radiación visible y 50% de rayos infrarrojos. produciendo calor que. EL CALOR COMO ENERGÍA EN TRÁNSITO MECANISMOS CALOR DE TRANSMISIÓN DEL estudiantes la comprensión de este hecho. Se sugiere revisar el registro de aprendizaje sobre el establecimiento de la hipótesis. se verá un ejemplo cotidiano. temperatura. se la cuchara mete al la atmósfera y llega a la superficie en un día despejado y al nivel del mar como 4% de rayos ultra-violeta. es decir. debe repetirse ésta idea en contextos diversos y todas las veces que sea necesario. energía en tránsito. En el caso de nuestro cuerpo. ocasiona una elevación de la temperatura. DIRECCIÓN DEL FLUJO DEL CALOR Para hacer más clara la idea de que el calor fluye siempre en una dirección. Si nos asoleamos en la playa y pasan algunas horas. observamos que nuestra piel se “quemó”. para que se de la transferencia de calor.2 LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS COMO MOTIVO DE TRANSFERENCIA DE CALOR Al aclarar la diferencia entre calor y Aquí deben discutirse las distintas formas de transferencia de calor: la conducción. Cualquier cuerpo al que le llegue radiación tiene la propiedad de absorberla. 1. éste Sí y nos una de las manifestaciones en que los rayos ultravioletas queman levantamos rápidamente.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ hecho durante cinco minutos. MISCELÁNEA FÍSICA FORMAS DE TRANSMITIR EL CALOR Existen tres formas de transmitir el calor. se requiere que haya una diferencia de temperaturas. al poner en contacto dos cuerpos. huyendo poco. café. para comprender mejor las diferentes formas de transmisión del calor. la convección y la radiación. En esta parte del curso interesa aprovechar dicho principio para entender las formas en que se transfiere el calor. el sol emite energía radiante compuesta de fotones u ondas electromagnéticas. por radiación. para ver cómo demostrar el flujo del calor (véase p. por conversión El concepto de calor como forma de energía es sumamente que importante. a su vez. la radiación solar es absorbida la por piel. con ejemplos cotidianos para cada una de ellas y enfatizar como en cualquiera de los casos. Dicha radiación atraviesa Al hacer la conexión de este concepto con la propagación del calor. al prender una hoguera podemos sentir calor poniéndonos alrededor. se por ejemplo. cuando hervimos agua.una tira de papel aluminio rígido de 25 cm de largo (puede recortarse de un plato para pastel) . ¿Cómo se podrían clasificar los materiales. creando corrientes de aire llamadas de convección. verter una línea de cera a la largo del papel aluminio. vidrio. si seguimos con el ejemplo anterior.una vela . madera. y la vela encendida debajo del extremo de la tira. ¿Puede haber otros factores que modifiquen experimento calibre. a manera de soporte. La transmisión por convección ocurre también en líquidos. percataremos PROCEDIMIENTO rápidamente de la conducción que correr para quemarnos las plantas de los pies. 62 . Por lo tanto. a la mitad de la longitud de la tira. de la arena a nuestros pies. por ejemplo.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Tierra. Colocar una de las tiras sobre el vaso desechable. nuestro cuerpo (que está más caliente) habrá transmitido parte de su calor a al corriente de convección de la brisa. Tomar el tiempo en que tarda en desprenderse la chinche.una vela . lo cual ocasiona un viento que viene del mar y sube al llegar a la arena para dirigirse nuevamente hacia el mar en una corriente circular.un vaso desechable PROCEDIMIENTO EXPERIMENTO Con la cera de la vela. que pueden ser alambre. nos Si caminamos del calor: arena.tachuelas . plástico (un popote) . Observar la forma en que se va derritiendo la cera: ¿De qué manera se transfirió el calor en el papel aluminio? ¿Ocurrirá lo mismo al meter una cuchara en un recipiente con agua muy caliente? ¿De qué depende la conducción del calor? MATERIAL Tiras de 20 cm cada una. a través de las cuales se Con la vela encendida. En este caso el aire sobre el agua de mar está a menor temperatura que el aire que está sobre arena. la conductividad? alambres de Repetir el con diferente distribuye el calor en la atmósfera terrestre. Repetir la experiencia para cada uno de los materiales. debido a la transmisión de calor por conducción. de diferentes materiales. cobre. pegar una chinche en CONDUCCION DEL CALOR MATERIAL . y como resultado final percibimos descalzos tendremos menos sobre calor. de acuerdo con su conductividad? Para un mismo material. hierro (un gancho para ropa).una pinza de madera para tendedero cada uno de los materiales. y calentado tomándolo con la pinza por uno de los extremos. con la otra unidad estudiada y que. sino a un sistema de cuerpos en interacción. misma que pudo cuantificar para llegar a concluir que lo que ocurre es una transformación de energía mecánica en calor. puede pedirse alumnos investiguen y escriban ensayos acerca de las teorías antiguas sobre el calor y que discutan en grupos las diferencias entre ellas.3 EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR relación entre estos dos fenómenos. de esta intuición se desprende una generalización inválida que dificulta la comprensión del calentamiento por radiación: muchos alumnos infieren que para que el calor se transfiera es necesario un media material entre la fuente de calor y los otros cuerpos. al encontrar que se podían generar Por otra parte. El declive de la teoría donde el calor se consideraba como una sustancia se originó. El número de unidades de trabajo que corresponde a una unidad de calor se conoce como el equivalente mecánico del calor. es importante relacionar el joule. Sin embargo. en parte. así la idea de que el Sol calienta la Tierra sin una "atmósfera" entre los dos cuerpos puede resultar difícil de aceptar. Su valor es de 4. y la razón por la cual se acepta una y se rechaza otra.186 joules por caloría. se usa más la caloría. no a un cuerpo en particular. Además de la historia del descubrimiento del calor como forma de energía. que desempeña a su vez un papel central en la física EL JOULE COMO UNIDAD DE CALOR La historia del concepto de calor y su estrecha relación con las máquinas térmicas y la revolución industrial son un gran apoyo para la comprensión del concepto de calor como una forma de energía y para mostrar como el desarrollo Aquí de la física a depende los de los que desarrollos en otras áreas del conocimiento. La unidad de energía que los estudiantes conocen desde el curso de Introducción a la Física y a la Química lleva el nombre de Joule. la cantidad de calor que se genera es proporcional al trabajo realizado. Joule mostró que cuando se hace trabajo contra la fricción. como unidad de energía. encontró grandes cantidades de calor frotando objetos. importancia del trabajo de Joule. Los alumnos un tienen del una idea intuitiva par aire el Ya en el curso de Física I se revisó la relación del trabajo y la energía. quien al mostrar haciendo puede producirse una trabajo mecánico. en ocasiones. Estas consideraciones se bastante acertada calentamiento calienta pueden que retomar el calor para enfatizar la. El descubrimiento de James Prescott Joule (1818-1889) fué muy importante en la formulación de la ley de conservación de la energía.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ERRORES FRECUENTES • La idea del 'calor como sustancia" lleva a muchos estudiantes a explicar la dilatación de los cuerpos como una "hinchazón" producida por "algo" que están acumulando cuando se les calienta. 63 . es conveniente enfatizar nuevamente que la noción de energía está asociada. 1. convección: radiador alrededor de 61 y este aire se "difunde" por toda la habitación. En 1843 anuncié yo el hecho que se desarrolla calor mediante el paso del agua por tubos estrechos y que cada grado de calor por libra de agua exigía. y los estudios 1. pero no indica la cantidad de fuerza empleada ni las preocupaciones que tomó para asegurarse de lo correcto de los resultados. 1947 James Prescott Joule “memoria acerca del equivalente mecánico del calor”. Esta es una buena oportunidad para que el maestro retome los conceptos de energía y los revise nuevamente. México. 2.R Moulton y J. experimentos que se afirman que del roce de los líquidos resulta calor. para desarrollarse de este modo. que no le sea fácil establecer la relación entre el estudio del color del presente curso. una fuerza mecánica una rueda de del paletas líquido. del aceite de ballena y del mercurio… asentaré. FCE. de la cual se ha tomado una estracto: La primera mención. No es raro. entre 55 y 60 grados) requiere.1889) presentó ante la sociedad Real de Inglaterra su Memoria del equivalente mecánico del calor. Considerándolas experimentos demostradas en este por los descritos informe equivalentes 781.4 EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS Todos tenemos experiencias de fenómenos que ocurren cuando los cuerpos se calientan. pues las conclusiones siguientes: representada por la caída de 772 libras desde 64 . de 1.6. 12 grados a 13 grados. de la agitación del agua. empleé frotamiento obtuve además del ya discutido sobre la propagación del calor. en 1845 ky 1847. con lo cual favorece la integración de los conceptos físicos.J Schifferes. incluidos los de la misma materia. a la luz de las experiencias nuevas. James Prescott joule (1818. Tomado de E. que yo sepa. respectivamente. y de 770 libraspara producir los pies más adelante. es siempre proporcional a la cantidad de fuerza empleada. Autobiografía de la ciencia. y tomada MISCELÁNEA FÍSICA EQUIVALENTE MÉCANICO DEL CALOR El 21 de junio de 1849.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ERRORES FRECUENTES • Es muy frecuente que el estudiante de escuela secundaria tienda a ver sus cursos desvinculados. la cantidad de calor producida por el frotamiento de los cuerpos. la cantidad de calor capaz de hacer subir un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua (pesada in vacuo. las cuales se pueden tomar como punto de partida para discutir la física involucrada en ellas y resaltar la estrecha relación que existe entre los conceptos de calor y temperatura. quien afirma que agitando el agua. hizo subir la temperatura de ésta. es la que hizo en 1842 monsieur Mayer. junto con el concepto de calor. un pie de altura una fuerza mecánica relativos a la energía mecánica del curso de Física I. así sólidos como líquidos. entonces.5 y 787. para desarrollarse. los alumnos suelen negar la posibilidad de que ciertos cuerpos o sustancias. otros). preguntarse. común a todos los cuerpos. En ocasiones. hay que proporcionarle energía. ¿qué pasa con la temperatura cuando se suministra o se extrae calor de los cuerpos? Cuando se suministra calor a un cuerpo. los jóvenes no establecen una relación EL CALOR Y LAS TRANSFORMACONES DEL ESTADO DE LA MATERIA Uno de los efectos que tiene la aplicación de calor a una sustancia es su cambio de estado. de cómo se logra mantener constante la temperatura en una habitación. para construir diversos aparatos. de como se puede aprovechar la dilatación de los cuerpos cuando se calientan. como el azúcar a la arena. una propiedad APLICACIONES DE LOS ESTUDIOS SOBRE EL CALOR En esta parte del curso se puede dar una gran variedad de aplicaciones de los conceptos relacionados con el calor. Algunos alumnos piensan que no ELEVACIÓN DE LA TEMPERATURA todas las sustancias presentan cambios de incremento de su temperatura. y discuta con sus alumnos el uso de la energía transferida al cuerpo durante el calentamiento. En general. para los estudiantes. del que ya se ha hablado anteriormente. aumenten su temperatura cuando se les calienta. entre otros. Esto puede hacerse mediante la discusión o solicitando a los alumnos que investiguen.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ RELACIÓN ENTRE EL CALOR Y LA ERRORES FRECUENTES • Dada la estrecha relación entre el calor y la temperatura. Esta es una buena oportunidad para que el maestro retome los conceptos de energía. en equipos. estado. 65 . y habiendo discutido ya los efectos de la diferencia de temperaturas en cuanto al flujo del calor. temperatura. es decir. de como funcionan los termos. su temperatura aumenta. causal de sistemática una entre y el el calentamiento sustancia • En ciertas situaciones experimentales. muchos alumnos creen que la temperatura de un cuerpo está relacionada con su tamaño. durante el cual no hay cambio de • El aumento de la temperatura al recibir calor no es. Este hecho conocido se puede aprovechar para resaltar la idea de que si se quiere aumentar la temperatura de algún objeto. por ejemplo. Se puede hablar. sorprenden al ver aumentar la temperatura del agua cuando ésta aún no hierve. • Muchos jóvenes se sorprenden al caer en la cuenta de que una barra metálica tiene diferentes temperaturas en sus extremos cuando se ha acercado uno de ellos a una fuente de calor. aplicaciones distintas y que las presenten a los demás • A los alumnos les parece extraño e inesperado que los cuerpos no modifiquen su temperatura durante los procesos de cambio de estado. los estudiantes solo vinculan el calentamiento con manifestaciones burbujas. visibles entre (cambios y de se estado. es conveniente revisar el caso contrario. El diseño no permite la medición de las variables Se pueden medir las variables pero la información obtenida no es relevante. Observar el flujo del agua a través de cada uno de los agujeros. se le quitan rápidamente las cintas adhesivas. colocándolo sobre una bandeja para recibir el agua. evalúe el diseño experimental propuesto por un alumno de tercero de secundaria para identificar si el calor sale. La medición de variantes y la información obtenida de ellas son relevantes EVAUACIÓN Registros de aprendizaje. diseño experimental Con el siguiente registro de aprendizaje. o el frío entra en una habitación. al que se le habrán hecho tres perforaciones verticales y equidistantes. de leche. los Diseño de experimento Puntos 0 1 2 3 Características Falla en el diseño de cualquier plan. Se podrá deducir que hay una mayor presión del líquido en la parte inferior del recipiente. términos hervir y muy caliente. EXPERIMENTO PRESTIÓN EN FUNCIÓN DE LA ALTURA PROCEDIMIENTO Se llena con agua el cartón y. por ejemplo. como sinónimos. Material -un recipiente de cartón.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ • Se emplean. sellándolas con cinta adhesiva. de 1 litro (I). EVALUACIÓN CONTÍNUA La presión del agua con la profundidad. al medir la distancia horizontal a la que cae cada uno de los 66 . el embudo.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ chorros de agua desde la cara del recipiente en la que se ha hecho las perforaciones. el líquido en el embudo debe moverse. bien Al presionar el hule.una sección de manguera para acuario o un tubo de hule y un embudo pequeño . un trozo de globo de hule.dos popotes transparentes o tubos de vidrio rectos . con un tubo en forma de U. EXPERIMENTO CONSTRUCCIÓN DE UN MANÓMETRO Un manómetro es un medidor de presión construido. lo que ocasiona que el chorro de agua inferior. Para ver el incremento de la presión de un líquido. que la presión se trasmite a través del fluido.un cartón o madera como soporte. y en el extremo de la manguera. y en la boca del embudo se fija. La presión en el fondo del recipiente aumenta al tener que soportar el peso del agua de la columna que sostiene. MATERIAL . y se montan sobre el soporte. coloreada hasta que ésta quede al mismo nivel en ambos. para conducir al alumno a que entienda que cualquier presión que aplicada a una parte de un fluido en un recipiente cerrado se siente en todo el recipiente. es decir. y ligas o cordón para sujetarlo . A uno de los popotes se le fija 1 m de manguera de hule. Lo presión disminuye en relación con la altura. popotes. sea expulsado a una mayor distancia que los superiores. luego se observa la posición del nivel del agua en los tubos del manómetro. tubo de hule. Se llenan con agua 67 . con una liga o cinta adhesiva. se sumerge el embudo en una cubeta con agua a diferentes profundidades y se coloca en diferentes direcciones. La introducción de este principio puede llevarse a cabo con las ideas acerca de la constitución de los fluidos.Un trozo de globo de hule PRINCIPIO DE PASCAL Un resultado interesante y con muchas aplicaciones es el llamado principio de Pascal. PROCEDIMIENTO Se conectan los popotes a tubos de vidrio con un trozo pequeño de. Arquímedes (287-212 antes de Cristo). al gran igual que el barril de Pascal a una principio de Arquímides permite calcular la fuerza resultante del fluido sobre el cuerpo. y esta idea es causa de muchas confusiones. entonces. por ello se le conoce como el principio de Arquímedes. una piedra no. Debido a la misma ley. lo que ocurrió dejó asombrada a toda la concurrencia: las paralelas del barril se rompieron ante al presión tan grande.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ MISCELÁNEA FÍSICA EL BARRIL DE PASCAL La ley fundamental fluidos se de la hidrostática de los presión que depende de la profundidad a la que bajen. Conviene aclarar a los estudiantes que se está pensando en el fluido desplazado como si todavía estuviera presente en ese lugar. También es importante enfatizar que el vaciar un poco de agua en al parte superior. cuando lo buzos se sumergen en el agua están sometidos. es igual a al de presión. Este principio dice que la fuerza que actúa sobre un cuerpo inmerso en un fluido es igual al peso del fluido desplazado. estáticos establece que al diferencia en reposo. entre dos puntos de un fluido que encuentra diferencia de altura entre los dos puntos. de acuerdo con la ley fundamental de la hidrostática. Al verter un poco de agua en el tubo delgado. y g la aceleración de la gravedad. La explicación de este hecho se debe a un gran pensador griego.8 m/s2. idependientemente de la forma del cuerpo y de la dirección en que las superficies estén orientadas. 9. lo tapó y dejó en la tapa un pequeño orificio por el cual metió un tubo delgado muy largo. la presión en el barril es: Donde p es la densidad del agua. 68 . Cuando este principio se presenta. del tubo y ARQUIMEDES Y PRINCIPIO DE común que se hacen los estudiantes es por qué un pedazo de madera flota en el agua y. Supongamos que el tubo de Pascal tuviera 10 m de altura. 1000 kg/m3. parece paradójico que la fuerza que actúa sobre el cuerpo sea igual al peso del fluido que ya no se encuentra ahí. Después para llegar ala parte más alta y consiguió una escalera. La discusión de este fenómeno puede hacerse en términos históricos. en cambio. multiplicada por la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad FLOTACIÓN El físico Blaise Pascal (1623-1662) realizó el siguiente experimento: llenó de agua un Una pregunta barril. También es importante enfatizar que el principio de Arquimedes permite calcular la fuerza resultante del fluido sobre el cuerpo. los peces teleósteos . Tanto los peces. principio salir hundirse 69 . el frasco lleno de agua. de más de 92 kg y volumen de 0.un frasco transparente mediano .cinta adhesiva o ligas PROCEDIMIENTO El frasco se llena de agua y se introduce el gotero parcialmente lleno de agua. hule o látex .un pedazo de globo. con el gotero sumergido. se debe sellar perfectamente con el globo o hule. Para ello MATERIAL Para experimentar con el principio de Arquímedes. poseen una cavidad interior . el pez puede variar su densidad para hundirse a salir a flote. ¿cuál sería la masa del cofre que se podría levantar?. como aprovechan para muchos el o animales de a al marinos. con esa fuerza se podría levantar un cofre de 60 kg en tierra. Arquímedes superficie. ¿Cuánta fuerza hay que ejercer para sacarlo? Si se quisiera levantar un cofre en la tierra con esa misma fuerza.una tuerca e hilo .llamada vejiga natatoria. sin embargo. está en el fondo del océano. 3 Los tejidos de los peces son más densos que el agua.por ejemplo. independientemente de la forma del cuerpo y de la dirección orientadas. se puede construir "EI diablillo de Descartes" o ludión. Como vejiga natatoria es flexible. EXPERIMENTO "EL DIABLILLO DE DESCARTES" Puesto que 590 N es el peso de una más de 60 kg en el aire.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ PROBLEMA Un cofre de un tesoro. lo que se les permite la salir más fácilmente a al superficie.un gotero . MISCELÁNEA FÍSICA LOS PECES en que las superficies estén . Posteriormente. que se llena de gas y permite que su densidad sea prácticamente igual a la del agua. fuerza de flotación entonces El peso es P = mg y lo está dada por pgV.031 m . SOLUCIÓN La magnitud de la fuerza necesaria para sacar el cofre es la diferencia entre su peso y la fuerza de flotación. Al gotero se amarra la tuerca con el hilo que sirve de lastre. EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ se puede emplear cinta adhesiva o una liga. Al ejercer una presión sobre la membrana del globo o hule, se observará cómo baja del diablillo de Descartes, mientras que al soltar la membrana, el gotero subirá. Para que funcione el experimento, se debe probar con tuercas de diferente peso y llenar el gotero a diferentes alturas. También debe tenerse en cuenta que el frasco sellado. ¿Cómo funciona "El diablillo de Descartes"? Cuando se presiona la membrana, la presión se transmite al aire dentro del recipiente y posteriormente al agua. Esto provoca que entre un poco de agua al gotero y, al entrar agua, disminuye la fuerza de empuje en el gotero, según el principio de Arquímedes, ya que es menor el volumen del agua desalojada par el gotero. Así, al disminuir la fuerza de empuje, predomina el peso del gotero y éste se hunde. Cuando se deja de presionar la membrana de hule, sale parte del agua del gotero, lo cual ocasiona que aumente el volumen de agua desalojado y, por lo tanto, que aumente también la fuerza de empuje que está dirigida hacia arriba y que el gotero sube. Con este experimento el maestro puede Hierón, exaltado a la regia potestad y con todos los asuntos en orden, quiso dedicarse en cierto templo una corona votiva a los dioses inmortales; alquiló la obra por un precio estipulado, y pesó la cantidad de oro para el contratista. Una vez hecha sutilmente y a mano la corona, añadió una parte igual de plata. Indignado Hierón por la ofensa, y sin encontrar manera de reprender el hurto, rogó a Arquímedes que se dedicaran a pesarlo. Mientras se ocupaba de esto Arquímedes, fue por azar el baño público y, al introducirse en al bañera, se dió cuenta de que salía tanta agua fuera de al bañera como parte de su cuerpo había entrado. No se quedó así, sino que, saltando fuera de al bañera movido por la alegría, y yendo desnudo hacia su casa, gritaba diciendo que había encontrado lo que quería, porque mientras corría clamaba, en griego, ¡eureka, eureka!. Se dice que entonces, sigue su LA LEYENDA DE LA CORONA DEL REY HIERÓN esté perfectamente MISCELÁNEA FÍSICA explicar cómo operan los submarinos y por qué los peces suben y bajan fácilmente con su vejiga natatoria. descubrimiento, hizo dos masas de peso igual al que tenía en al corona una de oro y la otra de plata. 70 EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Después llenó de agua hasta el borde un vaso amplio. En él puso la masa de plata, y tanta cantidad de ella como entró en el agua, tanta cantidad salió del agua, Extraída la masa, llenó el vaso hasta nivelarlo al borde, midiendo el agua con un sextario. De este modo, encontró cuánta agua correspondía a cierto peso de plata. Una vez sabido esto, puso igualmente la masa de oro en un vaso y, después de quitarla, añadió por el mismo motivo el agua que faltaba, encontrado que no era la misma de antes, sino menos, y la cantidad de menos era el exceso de una masa de plata, con el mismo peso, sobre una masa de oro. Después de llenar de nuevo el vaso, puso en el agua al corona misma, y encontró que correspondía más agua a la corona que a la masa de oro del mismo peso; reflexionando, pues, sobre el hecho de haber más agua para al corona que para la masa, halló que había mezclado de plata en el oro, y puso en el claro el hurto del contratista. Vitruvio, sobre la arquitectura, siglo I d.C El estudio de, los fluidos debe incluir, además, una parte donde se hable de sus propiedades y, sobre todo de su estudio varias de la comportamiento en superficial con es los relación con los sólidos. En esta parte, el tensión importante; asimismo, se presta a realizar actividades atractivas estudiantes. TENSIÓN SUPERFICIAL Como ya se vio en los cursos de Química, las moléculas de los líquidos ejercen fuerzas de atracción unas sobre las otras; las llamamos fuerzas de cohesión y son responsables de que el fluido mantenga su unidad. Debido a las fuerzas de cohesión, las gotas de agua adquieren la forma esférica, que es la forma que encierra el mayor volumen con la menor área posible. CONCEPTO DE VACÍO Una idea a la que se opone mucha resistencia por parte de quienes se inician en el estudio La fuerza de cohesión en la superficie de los líquidos produce un efecto: parece como si la superficie del líquido estuviera cubierta por una piel delgada y bien estirada. A la fuerza La idea del vacío se puede introducir en ésta parte del curso al discutir la posibilidad de vaciar completamente un recipiente y las consecuencias de ello. Esta discusión puede vincularse con las aplicaciones del vacío en la industria alimentos. 2.4 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS y en la conservación de los de la física es la del vacío. Al igual que los griegos no aceptaban la posibilidad de que en la naturaleza existieran zonas en que no hubiera nada de materia, los estudiantes tienden a rechazar para esta noción que es los fundamental entender todos conceptos de la física moderna. 71 EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ por unidad de área de capa del fluido, se le conoce como la tensión superficial. El agua, por ejemplo, tiene una tensión superficial de alrededor de 0.073 N/m2 (newtons / metro cuadrado). Algo interesante que se puede discutir con los estudiantes en esta sección son las burbujas de jabón, y también como los jabones reducen la tensión superficial del agua y cómo se utiliza este fenómeno. de la película de jabón y detiene al alambre. Posteriormente, se construye con alambre otras figuras geométricas, coma las que se muestran a continuación: EXPERIMENTO (CONTINUACION) EXPERIMENTO ACTIVIDAD CON BURBUJAS DE JABÓN Cuando agua nos una bañamos, solución regularmente jabonosa, que utilizamos jabón. El jabón mezclado con el forma también se puede emplear para jugar y hacer burbujas de jabón. Las películas de jabón son muy resistentes y 5 000 veces más delgadas que un pelo común. En las burbujas de jabón intervienen las denominadas fuerzas de tensión superficial. Para entender como actúan dichas fuerzas se puede realizar el siguiente experimento. Se debe fabricar con dos alambres flexibles una figura como la que se muestra en la siguiente figura para luego introducirla en agua con jabón. El alambre corto se debe deslizar libremente sobre el alambre largo. Si se introducen ambos alambres en la solución jabonosa, la película de jabón que se forma será tan resistente que, aunque se ponga verticalmente, el alambre móvil no caerá, pues la fuerza de tensión superficial jala hacia adentro Antes de meterlas en la solución de jabón, el alumno deberá dibujar la figura que cree que se formará. de jabón, AI introducirlas en ,la solución se formarán diferentes configuraciones que tienen la propiedad de ser las que poseen la superficie más pequeña posible necesaria, limitada por cada una de las figuras de alambre. Si no hay alambre, la esfera es la superficie más pequeña posible y, por ésta razón, cuando se hacen burbujas de jabón se forman pequeñas esferitas. Se puede fabricar cualquier figura con alambre e introducirla en agua con jabón pare averiguar qué superficie se forma. En el cuaderno de experimentos o bitácora científica el alumno deberá anotar lo descripción de la figura que se fabricó con el alambre, la superficie que se formó después de introducir la figure de alambre en la solución de jabón, así como dejar asentadas sus observaciones sobre cuál era la figura que esperaba, en contraste con 72 en la presentación que se vende en las farmacias. se puede analizar el movimiento moverse. o para detenerlo. Se puede conducir a los estudiantes a entender este fenómeno de un recipiente a otro. Si se introduce el popote en la solución de jabón. Las fuerzas de viscosidad son las responsables de que se mantenga el flujo de un fluido a través de un tubo. que es la viscosidad? Para definir la viscosidad. diferencia términos INTRODUCIR UNA EN OTRA MOVIMIENTO DE LOS CUERPOS SÓLIDOS EN LOS FLUIDOS. por ello. se explica en por ejemplo. para mantenerlo en movimiento. no se ha hablado de lo que se necesita para poner en movimiento a un fluido. del una fluido y discutir que. Al llegar el fluido a ésta parte del tubo. Se introduce el embudo en agua con jabón y después se forma una burbuja de grandes dimensiones. el fluido debe acelerarse cuando entra a esa porción. fabricarlo con una lata y un popote. glicerina. Pero. y desacelerarse cuando sale. el aceite y el agua. como se muestra en la figura inferior. Este principio. está el hecho de que cuando una corriente de fluido se acelera. 73 . ya que la miel es más viscosa que el agua. su presión crece. CÓMO HACER BURBUJAS GRANDES E Si se realizan experimentos con los estudiantes para observar el paso de diferentes fluidos Para hacer burbujas grandes se puede utilizar un embudo de plástico de cocina. se podrá meter una burbuja adentro de otra. VISCOSIDAD viscosidad. Hasta este punto se ha hecho referencia a los fluidos estáticos o en reposo. al capa del fluido ejerce resistencia al movimiento de otra capa del fluido. e intervienen también en el movimiento de un cuerpo a través del fluido. el volumen que fluye debe ser el mismo por unidad de tiempo. se Para puede que las burbujas duren más. que se conoce como principio de Bernoulli. se puede entender más claramente si se piensa en el fluido mientras pasa por un tubo que en cierta sección disminuye su diámetro menor. o bien. notarán que hay diferencias de comportamiento. formada con el embudo. y posteriormente se mete el popote en la burbuja grande. Nota: Para preparar el jabón es recomendable utilizar jabón común pare lavar los trastes (si es posible. A esta fuerza se le llama viscosidad. Los experimentos de superficies de jabón permiten que los alumnos vean superficies matemáticas que son difíciles de representar en el pizarrón. y cuando se desacelera. Se puede probar que jabón es el más apropiado y cuáles son las proporciones adecuadas. su presión decrece.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ la encontrada. emplear Entre los efectos interesantes relacionados con el movimiento de los fluidos. Esta de la entre la miel. paralela y adyacente a ella. jabón líquido). Es decir. El agua fluye de la parte estrecha hacia la más ancha. es menor que la presión en el aire estático que la rodea. del principio de conversación de energía. y este efecto puede servir para explicar. en la porción más delgada del tubo. el agua pasaría por detrás de la roca en el mismo sentido de la corriente. ¿qué es lo que ocurre entonces? El arroyo disminuye su velocidad fluyendo hacia partes más altos. el agua 74 . y al pasar de una a otra debe disminuir su velocidad. Si hacemos que fluya agua por un tubo de diámetro diferente. por ejemplo. Mediante preguntas. el fluido no se aceleraría. pero en el arroyo prácticamente agua del no hay ningún cambio de presión.: el agua que pasó por detrás de la roca es agua que le dió la vuelta y fluye de regreso. hay una caída de presión cuando el fluido gana velocidad. la posibilidad de que vuele un avión. ¿Cómo es que el agua cambia de velocidad? Cuando el agua fluye por un tubo y Paso de una sección angosta a una más ancha. la presión en la parte delgada debe ser menor que en la gruesa. pues.la más alto. la responsable de la aceleración es una diferencia de presión. es decir. De acuerdo con el principio de Bernoulli. Es importante pedir a los estudiantes que justifiquen éstas hipótesis y que intenten demostrarlas utilizando lo que han visto en clases. SOLUCIÓN En este problema debe dejarse a los alumnos plantear sus propias hipótesis. algunos más opinaron para los fluidos. Algunos opinaron que fluye en la misma dirección que la corriente. por las leyes del movimiento. como el que se "muestra en la figura. otros opinaron que fluye en dirección opuesta. la presión debe ser menor que en la parte ancha. Una consecuencia de esto es que la presión en una corriente de aire en movimiento. corre en el sentido contrario a la corriente del río ¿Qué pasaría si el agua del arroyo viajara a una gran velocidad? En ese caso. el profesor puede ir conduciendo a los estudiantes hacia la respuesta correcta. la cual proporciona la fuerza correspondiente. por ejemplo. pierde velocidad porque hay un cambio en la presión. de la parte baja a la alto. un embudo colocado horizontalmente. incluso que no fluye. ¿Hacia dónde fluye el agua que paso por el otro lado de la roca (el que no está señalado con líneas de flujo) ? El arroyo tiene una parte más estrecha que otra. de acuerdo con la ecuación de Bernoulli. para que al salir de ella el fluido se desacelere. cuando se acelera un objeto. MISCELÁNEA FÍSICA El VUELOS DE LOS AVIONES La ecuación de Bernoullí es una aplicación. porque atrás de la roca se encontrarían dos flujos. De igual manera. pero a una velocidad menor. Entonces. de no ser así.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ discutiendo el que. en el caso del fluido. la corriente de agua fluye hacia la derecha. PROBLEMA En un arroyo. hay una fuerza responsable de ello. parte de la corriente que corre rápidamente hacia la derecha y parte del agua que le da vuelta a la roca y regreso de la parte más baja a . la fuerza resultante. radio. se trata de encontrar la forma que deben tener para minimizar la posibilidad de que su paso por el aire cause turbulencia. porque permite que los objetivos en el aire vuelen.por el contrario. o volar. televisión y otros muchos aparatos que funcionan en los hogares y. incluido el peso del avión. En el diseño de automóviles. Por esta razón. El conocimiento de los fundamentos de la electricidad es Muy importante. en ese caso. en la parte ancha la velocidad del fluido es menor. sería la vida sin luz eléctrica. etcétera. FRICCIÓN Para terminar con las propiedades de los fluidos. difícil. en el aire fluye por encima del ala del avión de manera diferente a como fluye en la parte inferior del ala (véase figura). ya que ésta causa mucha fricción. de aviones. esto quiere decir. Una de las aplicaciones de dicha ley es el principio por el cual los aviones se pueden mantener en el aire. como acabamos de mencionar. y por ello los aviones pueden sostenerse en el aire. se traduce en resistencia al movimiento. en ocasiones.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ circulaba mayor velocidad por parte delgada del tubo mientras que la presión en dicha parte es menor . es decir. El aire recorre mayor distancia en la parte superior que en al inferior. pero resulta. También puede discutirse que al moverse un fluido se puede presentar turbulencia y. entra en juego otro tipo de fuerzas más complicado. con una fuerza RESISTENCIA AL FLUJO. pero la presión debe ser mayor. de trenes. que abajo. Ahora. en las industrias. 75 . Si hacemos un corte transversal de un ala de avión. Cuando se tienen fluidos que se mueven a diferentes velocidades entre ellos. Todo lo anterior para que la energia se conserve. entre las capas adyacentes paralelas de fluido. si el aire es más veloz en la parte superior. el aire es más veloz arriba en las alas. esta dirigido hacia arriba. por la educación de Bernoulli. en fricción. Sería difícil imaginar como. Esta forma del ala de los aviones se denomina aerodinámica. BLOQUE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO El desarrollo y de del las aplicaciones ha de la 3 resultante dirigida hacia arriba. Esta diferencia de presión empujó las alas del avión sustentación. Por ello. es importante introducir la noción de fricción. el efecto de resistencia. cuando éste está en movimiento. y mayor en la parte inferior. que al impresión es menor en la parte del aire superior del ala del avión. denominada electricidad magnetismo sido vertiginoso. ERRORES FRECUENTES • La electricidad constituye un tema difícil. Muchos adultos que han llevado cursos de Físico admiten tranquilamente que nunca le han entendido. Es interesante que los estudiantes se den cuenta de que la historia del electromagnetismo es joven comparada con los otros estudios. Cuando los jóvenes estudian los fenómenos eléctricos. Sin embargo. cargo y diferencia de potencial frecuentemente se emplean como sinónimos. sumamente diferencia de A continuación se presenta una evaluación con base en una asociación de palabras a las que se les da 10 puntos de 25 posibles. resultan sorprendentemente resistentes al cambio mediante la enseñanza. lo que sea. corriente. El desarrollo de esta parte de la física se inicia en la segunda mitad del siglo pasado.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ porque la electricidad es algo que no se percibe con los sentidos. las investigaciones han revelado que algunos de estos modelos. De esto surgen dos consecuencias especialmente importantes: conceptuales. electricidad. se les pide que razonen abstractas. Tienes tres minutos. para las cuales no tienen un contexto empírico directo. ideas. 76 . ASOCIACIÓN DE PALABRAS EVALUACIÓN potencial o energía. aunque gran parte de la terminología sobre electricidad básica se adquiere antes de la educación formal. una vez creados. lugares. sobre como nociones corriente. fuerza. como el de los líquidos. EXCEPTO adjetivos. o la mecánica. sus repercusiones han sido enormes. pese a su juventud. Como en otras áreas temáticas. mediante los cuales "entienden" los fenómenos eléctricos con los que se encuentran. Los jóvenes crean diversos modelos nombres de cosas. Puedes escribir: • Los estudiantes experimentan dificultades para distinguir los conceptos propios de esta área y. los términos de energía. Ésta es una prueba para ver cuántas palabras puedes escribir en relación con la palabra clave que se te proporciona. EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ los electrones están más o menos libres. La electricidad se produce por el movimiento de electrones en los materiales. entre la de los conductores y la de los aislantes. de acuerdo con su capacidad para conducir la electricidad. intermedia. En cuanto a los metales puede pensarse que Para resaltar los nexos entre la física y la química. se puede inducir a los CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA La electricidad. y no es exactamente lo que sucede en ellos. en conductores y aislantes. Haciendo referencia al modelo de 3. y cuando los átomos del metal están cerca unos de otros. sino que hay soluciones líquidas que funcionan también como tales. aunque lo que se va no es la luz. La gente sabe que la electricidad viaja por cables y que se enciende o apaga al accionar un interruptor. como el calor. Poco se sabe. Es importante recalcar que este es únicamente un modelo de la conductividad de los metales. METALES Y ELECTRONES Para profundizar en la comprensión de la electricidad conviene introducir aquí la clasificación de los materiales. Los semiconductores juegan un importante papel en la tecnología moderna: se usan en los transistores. al comparar distintos materiales y así conducir a los estudiantes al modelo más usual del metal. Es interesante comentar que en México se dice que se va la luz cuando no fluye la electricidad por las líneas. Tratamos de entenderla mediante analogías y experimentos que nos permitan comprobar sus efectos. además de esto. pues la explicación del comportamiento de los electrones requiere de consideraciones de la física moderna. ELECTROLITOS E IONES También es importante mencionar el hecho de que hay otra clase cuya de materiales. en los diodos y en los circuitos integrados. Aquí nuevamente es conveniente establecer un vínculo con el tema de Química sobre la constitución de la materia. es invisible. los electrones se pueden mover libremente dentro del metal. conductividad estudiantes a pensar como son los materiales aislantes. 77 . Todos estos elementos se utilizan en aparatos electrónicos de use frecuente. al hablar de conductividad es conveniente hacer notar que no únicamente los metales son conductores. Los materiales se pueden dividir. los es semiconductores.1 LOS MATERIALES Y SU los metales. sino la electricidad. Esta es precisamente la carga de un átomo al que le falta un electrón. dividido entre el número de Avogadro. es decir. corriente de un ampere.6 x 1019 coulombs. el cromado._ Es interesante hacer notar a los estudiantes que estas relaciones se encontraron antes que el electrón fuera identificado y cuando lo único Los estudios de Faraday pueden emplearse para hacer patente la relación entre física y química. Nuevamente se puede hacer aquí referencia a los cursos de Química. al tiempo que se aplica ésta. 78 . los procesos de impresión. puede mencionarse el diseño de los primeros medidores de electricidad. se llama un coulomb. Michael (1791-1867). Por ejemplo. un ión de plata.6 x 10-19 coulombs. con los estudiantes. Entre ellas. con la cantidad de carga predicha: el electrón. científicos importantes. y a una constante que depende del material utilizado. La ley de Faraday se ha aprovechado en muchas aplicaciones interesantes. en investigaciones posteriores. o 1. la corriente aplicada es de un ampere.023 x 1023. La carga de los átomos contenidos en un mol de plata se puede calcular recordando que un mol es el número de átomos contenidos en 12 gramos del isótopo 12 del carbono (12C). durante un segundo. se verificó la existencia de una partícula cargada negativamente. Se propuso el nombre de electrón para la supuesta unidad y. ya que mediante el use de la electrólisis se puede separar el agua en sus componentes: hidrógeno y oxígeno.118 miligramos por segundo. La electrólisis del agua es una de las evidencias de la relación que existe entre la electricidad y la materia. a partir de una solución de nitrato de plata. el recubrimiento de ciertas superficies con plata o níquel. o la obtención de metales de gran pureza. Resulta interesante examinar en detalle. de use doméstico y el hecho de que ésta ley proporciona la base que era posible decir en ese momento era que los hechos que se veían en la electrólisis sugerían la existencia de una unidad natural de electricidad con una carga de 1. de varios quien metales obtenidos MOLES E IONES La carga eléctrica transferida por una legal para definir la unidad de corriente eléctrica. el proceso de la electrólisis. el ampere: cuando la corriente que se aplica puede depositar plata. Esta parte del curso se presta para que los estudiantes se acerquen a la historia y analicen cómo se ha construido la ciencia mediante y la las aportaciones fue de El número de átomos en un mol es el número de Avogadro: 6. Se puede explicar también que la electrólisis es un método con muchas aplicaciones industriales. para evitar la corrosión. y el proceso químico producido por el paso de la corriente se llama electrólisis. mediante electrólisis y encontró que la masa del material obtenido es proporcional a la corriente. a una razón de 1.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Una solución que conduce fácilmente la electricidad se conoce como electrolito. La carga por átomo de plata es entonces 96 500 coulombs. La relación entre la electricidad Faraday cantidades materia estudiada midió las cuidadosamente en Inglaterra por. se está tratando el caso de carga eléctrica acumulada en un material y en reposo. con las del que esta cargado.soporte de madera y plastilina para sostener la lata PROCEDIMIENTO Estos experimentos funcionan mejor en días secos.una lata de atún -10 cm de alambre de cobre esmaltado . y que las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen. y el del ámbar. comprensión fenómenos eléctricos requiere. Cuando un material no cargado se acerca a otro que si lo está. las cargas del material no cargado interactúan Con un clavo se perfora lateralmente la lata.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ 3. naturalmente y se han descrito algunas de sus características. La comprensión de la . para introducir el cable de cobre. hay que aclarar a los estudiantes que en este momento. El extremo del cable que se encuentra aproximadamente 79 .cinta aislante .dos tiras de papel aluminio de 1 x 1. negativo. Es conveniente introducir aquí la convención de llamar a las cargas positivas. ya que el fenómeno se conocía desde la Antigüedad y sin embargo no fue explicado sino hasta el siglo pasado. no esta fluyen do. a diferencia de los casos que se vieron-anteriormente. donde los efectos de la electricidad son notables ayuda también a la.2 INTERACCIÓN ELÉCTRICA Hasta aquí se ha hablado de la corriente eléctrica como un La fenómeno que ocurre de los Por otro lado. A partir de muchos experimentos se ha llegado a la conclusión de que solamente existen dos tipos de carga eléctrica. por lo que se suele hablar de CARGA ELÉCTRICA La historia de la electricidad puede ser un elemento interesante en la introducción del tema de la interacción eléctrica. es decir. o negativas. MATERIAL EXPERIMENTO CONSTRUCCIÓN DE UN ELECTROSCOPIO este tipo de electricidad como electricidad estática. electricidad generó una enorme cantidad de aplicaciones en muy poco tiempo la referencia a fenómenos comunes. además de esto. como en el caso de los conductores. comprensión de éste fenómeno. Fue Benjamín Franklin (1706-1790) quien sugirió que el tipo de carga producido en el vidrio se llamara positivo. y por ello el efecto neto es el de una atracción.5 cm . de la discusión de la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente. de modo que queden una frente a la otra. Se observará el mismo efecto: se habrá cargado negativamente. sin tocarlo. Se le acerca la otra varilla. a las que se les ha ensartado una argollita con hilo de Cu.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ en el centro de la lata se dobla 1.Se frota la varilla de vidrio con la seda. Una caja de papel. Se introduce el cable ya armado con las laminitas de papel aluminio y sostenido par el corcho. una de ellos se cuelga con un cordel y alguien la sostiene. Para hacer funcionar las cargas el electroscopio positivas y y las Se frota la barra de plástico con la lana y se procede de la misma forma. La lata de atún se puede sustituir por una botella de boca angosta (de 1l. Utilizando el mismo procedimiento. Se observará que las laminillas de aluminio se separan: se habrán producido cargas positivas. . cargado con la electricidad de signo contrario. Se puede fabricar un juguete utilizando la electricidad estática.5 cm en ángulo de 90 °. se colocan en el doblez del cable. PROCEDIMIENTO diferenciar negativas. Se aísla con la cinta el perímetro del cable que está en contacto con la lata. y se acerca al extremo superior del cable del electroscopio. Para demostrar que en los dos casos se trata de electricidad de diferente tipo. El extremo superior del cable se dobla formando un gancho. se hará lo siguiente. se hará lo siguiente: Las varillas de la actividad anterior se cargan de la misma manera. con 80 . se podrá experimentar con globos y tratar de deducir que tipo de cargo tienen. y además comprobar el comportamiento de las cargos una frente a la otra. y se observará que la Material una varilla de vidrio y otra de plástico una tela de seda y otra de lana varilla colgada es atraída por la que se le acerca. Las tiritas de papel aluminio. de leche) con un corcho que le ajuste. ya que la presencia de materia reduce fuertemente electrostática. Nuestro cuerpo puede también acumular espacio alrededor de la carga se modifica por su presencia. por ejemplo. este se frota con una tela de lana o de seda y se observará el movimiento del contenido de la caja. En esta analogía. su magnitud es muy diferente. LEY DE COULOMB 3. Es conveniente aclarar a los estudiantes que para que esta se cumpla se requiere que las cargas se encuentren en el vacío. De esta manera los alumnos tendrían una primera idea de campo eléctrico. por uno mismo. las válvulas por interruptores. Así como se habla de corriente de agua. son ejemplos de acción a distancia. La unidad de corriente eléctrica se denomina ampere. recomienda comparación. También es importante subrayar que las fuerzas electrostáticas. pequeños comparados con la distancia entre ellos. Es posible llevar a los estudiantes a imaginar esta acción pidiéndoles que piensen que el Se podrá también observar el mismo efecto con dos tiras recortadas de una bolsa de plásfico de supermercado. A partir de esa analogía surgió el lenguaje con el que se habla de la electricidad. Coulomb (1736-1806) midió la fuerza entre pares de cuerpos cargados y encontró que la fuerza electrostática es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de los cuerpos cargados. por ejemplo. se cubre con un plástico de forro. al igual que las gravitacionales. retomar aquí este concepto en su relación con las cargas y con la interacción eléctrica.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ palomitas de maíz. En las mismas circunstancias. de tal manera que si se coloca otra carga en ese espacio va a sentir una fuerza de acuerdo con la ley de Coulomb. cereal de hojuelas de maíz. Se frotan juntas con una tela y se repelerán una de la otra. El factor de proporcionalidad es aproximadamente de 9 x 10 en el Sistema Internacional de Unidades. al flujo de electricidad por un alambre le llamamos corriente eléctrica. en honor al físico francés Andre Marie Ampere (1775-1836). los tubos se remplazan por alambres. y los generadores eléctricos o baterías por bombas que mantienen el flujo. ésta se descarga al tocar algo metálico. entonces salta una chispa y se siente un toque. Resulta pertinente enfatizar el hecho de que el efecto de la fuerza 9 Aunque eléctrica ya se ha hablado es de corriente importante anteriormente.3 CORRIENTE ELÉCTRICA El investigador francés Charles A. Las fuerzas eléctricas entre cuerpos Se cargados son hacer grandes. es decir. 81 . - aunque la forma de esta ley se parece mucho a la de la ley de la gravitación. con el asiento de un coche. es útil aprovechar la analogía con el flujo de agua por un canal o por un tubo. cuando éstos son Para entender la corriente eléctrica. ejemplos en de comparación con las fuerzas gravitacionales. Estos resultados se resumen en lo que hoy se conoce como ley de Coulomb. encontró que la fuerza es proporcional al producto de las dos cargas. pedacitos de confeti o cualquier otro objeto ligero dentro. el cual se pega bien estirado sobre la cola. electricidad estática al haberse frotado. pero serán atraídas. se ejercen a distancias remotas sin la intervención de ningún medio o materia. por ejemplo. por ello conviene hacerles notar. De acuerdo con esta convención. ya que continúa el flujo de la corriente. Es interesante que los estudiantes se den una idea de la cantidad de corriente que se utiliza en distintos aparatos. y por ese efecto sabemos que a través de los alambres pasó corriente. donde la dirección del flujo de corriente cambia a intervalos regulares de INTENSIDAD DE CORRIENTE. las luces del auto requieren de 10 0 20 amperes. EL AMPERE COMO UNIDAD FUNDAMENTAL Si se retoma la idea de que la intensidad de la corriente se mide en amperes. pero se puede tratar con un ejemplo. por eso es relevante contar con una manera de hacerlos patentes. en una batería normal la terminal de carbón se marca como positiva y la de zinc. tiempo. conviene hablar aquí del aparato con el que se mide la corriente eléctrica: el amperímetro. como negativa. basada en la observación de los primeros experimentos de electrólisis. es decir. que el encendido de un auto requiere de aproximadamente dos amperes. Durante la práctica una de las terminales de la batería se marca de un color y con un signo positivo. corriente que fluye constantemente en la misma dirección. MISCELÁNEA FÍSICA ELECTRICIDAD EN LA CASA Para comprender cómo llega la energía eléctrica a nuestras casas hay que considerar 82 . de la terminal negativa hacia la positiva. y arrancar el motor toma varios cientos de amperes. Esta convención de marcar las terminales de distinta manera se utiliza en todas las baterías que proporcionan corriente directa. a un foco que se enciende. . sino únicamente por sus efectos. Es necesario aclarar a los alumnos que ésta forma de explicar el flujo de la corriente es una convención.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ¿Cuál es la dirección de la corriente electrica? La respuesta a esta pregunta no es simple. Supongamos que de una batería salen dos alambres que se conectan. la electricidad no se puede percibir a través de los sentidos. como se ha mencionado. El uso de los aparatos de medida cumple un papel importante en el estudio de la electricidad porque. y no en fuentes de corriente alterna. por ejemplo. y se dice que hay flujo de corriente de la terminal positiva hacia el circuito y que regresa a la terminal negativa. Posteriormente. en las cuales la caída de agua electricidad. PROBLEMA ¿Cuántos electrones pasan por un punto durante 10 segundos si en el conductor se mantiene la corriente constante a 5 amperes? SOLUCIÓN En este problema conviene enfatizar el hecho de que la corriente eléctrica es el número de tolerar una persona sin que lo dañe. y como. por lo que conviene rescribir la relación anterior en la forma Las centrales eléctricas poseen un generador de energía eléctrica que produce señales Una vez que se conoce la cantidad de cargas que pose por el conducto. así viaja la energía eléctrica cintos de de kilómetros hasta llegar a los centros eléctricas con una corriente de 1000 amperes y 240 volts. se obtiene mayor cantidad de trabajo de la misma cantidad de agua.25 x 1018 electrones. que: se aprovechan de los ríos para producir consumo. la electricidad pasa por un transformador ampere. la rueda de un molino. que es la señal Se ha hablado ya de corrente eléctrica. por ejemplo. DIFERENCIA DE POTENCIAI comprender cómo ocurre éste fenómeno. convierte parte de la energía del movimiento del agua que fluye a través de el. es necesario convertir la carga a número.1 coulomb (C) equivale a 6. como se puede Investigar que corriente es la que sale de los enchufes de una casa y cuál es la corriente máxima y el voltaje que puede condiciones. Un motor movido por agua como. de electrones.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ que la electricidad se produce en las grandes centrales eléctricas que en el caso de México son las plantas termoeléctricas o carbón que y la en este caso se conoce la corriente y el tiempo. no se ha hecho explícito. que eleva el voltaje a 240 000 volts y baja la corriente a 1 funcionan con petróleo. Los estudiantes tienen experiencia con el uso de pilas y baterias para generar electricidad y es en los que aparatos puedan domésticos importante eléctrica que tiene los enchufes de una casa. de nuevo es conveniente recurrir a la analogía con el agua. cargos que recorre el conductor por unidad de tiempo. pero hasta este momento. La diferencia de presión entre el agua que llega y la que 83 . más formalmente. Si el agua tiene mayor presión. se concluye que: Esto son los valores del voltaje y la corriente que lleva los cables de las torres de alta tensión. Ahí. es decir. gas hidroeléctricas. nuevamente un transformador baja el voltaje de las señales eléctricas hasta 240 volts y un tercer transformador llamado monofasico baja el voltaje hasta 115 volts y a una frecuencia de 60 hertz. así como bajo qué producir una corriente. en trabajo útil. Para introducir la idea de diferencia de potencial o voltaje. la única diferencia entre los focos es la corriente que pasa por ellos. Se puede aquí retomar este tema para hablar de la resistencia eléctrica que se presenta en cualquier material y de su relación con los materiales aislantes. que es la unidad de diferencia de potencial o voltaje y que se define como la diferencia de potencial entre dos puntos cuando se requiere un joule de trabajo para llevar un coulomb de electricidad de un punto a otro. ¿Cuál brillará más? Solución Este problema se presta a una interesante discusi6ón entre los alumnos. La luz que brilla más es la que consume más energía por segundo. que se use como conductor. la energía potencial del agua es mayor. conviene que los alumnos conozcan el hecho de que la resistencia de un metal es proporcional a su longitud. responsable de que se genere una corriente eléctrica. RESISTENCIA ELÉCTRICA Ya se ha hablado con anterioridad de la existencia de materiales que son buenos conductores y de los que son aislantes. excepto porque uno de ellos tiene un filamento más grueso. El voltímetro es el aparato que mide lo que podríamos llamar energía potencial eléctrica. a la diferencia de presión es el voltaje. Al caer el agua desde mayor altura. e inversamente proporcional al área de su sección trasversal. La energía consumida depende de cuánta carga pasa por el circuito y de la diferencia de potencial en el mismo. La diferencia de potencial es la misma para ambos focos: 110 volts. se El foco con el filamento grueso brilla más porque tiene menos resistencia. El filamento grueso ofrece menor resistencia y por ello pasa más corriente a través de él. pero que se suele llamar la diferencia de potencial entre los dos puntos en los que se conecta el voltímetro Con esta analogía puede ser más clara la definición de volt. para lograr mayor presión. proporcionada por cada litro de agua que pasó por el motor. PROBLEMA Dos focos idénticos. y puede explicarse al considerar como si estuviera formado par varios filamentos delgados iguales. lo análogo. y también a verificar experimentalmente sus hipótesis y a reaccionar frente a una posible contradicción. La solución del problema invita a reflexionar sobre las características de los circuitos eléctricos y su relación con la energía. El hecho de que el filamento más grueso ofrezca menos resistencia al paso de la corriente es contrario a lo que se suele esperar. En particular. 84 . En el caso eléctrico. y que también depende del material. En la práctica.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ sale del motor determina la energía conectan a una fuente de 110 volts. el agua debe provenir de una presa o de un tanque elevado. ejemplo. y una característica medible del conductor. la seda. cuando se le aplica una diferencia de potencial? Esta es una pregunta importante. tas formas en que se puede diseñar un circuito. o cuando la trayectoria se rompe en alguna parte. el metal se funde y se rompe. Por LEY DE OHM ¿Qué es lo que determina la intensidad de la corriente en un conductor particular. Cuando los alambres se conectan a la línea de potencia. ¿Cuándo se produce un corto circuito? Al hablar de circuitos es interesante explicar que un cortocircuito ocurre cuando el trayecto de la corriente por el circuito se completa sin que pase electricidad por una parte de él. pero no necesariamente a todo tipo de conductores. 85 . Los fusibles contienen un pedazo de metal que se funde fácilmente a baja temperatura. cuando los alambres del circuito entran en contacto uno con otro por alguna razón. son también aislantes el vidrio. Cuando estos alambres no están conectados a la línea Compara el costo de operar 3 focos en serie. que tienen dos interruptores. los asbestos. Se puede discutir también con los alumnos que para evitar los cortocircuitos se cubren los alambres con materiales plásticos. dejando abierto el circuito e impidiendo el paso de la electricidad. Esta relación la encontró Georg Simon Ohm (1787-1854) y se conoce. la porcelana. la resistencia es inversamente proporcional a la sección transversal. de tal manera que cuando ocurre el corto circuito.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ ERRORES FRECUENTES • Los alumnos tienen dificultad con el de potencia eléctrica. pero en el segundo caso. Además del plástico. La resistencia del material se mide en ohms y la expresión de la ley de Ohm es I = V/R. los alambres del circuito se calientan mucho. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Resulta importante referirse aquí a las distinUna vez que se conoce que la electricidad viaja por metales y que los estudiantes han visto que generalmente estos tienen la forma de alambres. La primera relación es cierta. como la ley de Ohm. El circuito se emplea para llevar la electricidad de un lugar a otro y para regular la corriente que llega a los aparatos eléctricos. por lo que la potencia es proporcional al cuadrado de la corriente por la resistencia. y también a su sección transversal. el circuito se cierra y fluye por el la electricidad. La mayor parte de las veces piensan que la resistencia es proporcional a la longitud del alambre. en serie y en paralelo. que son aislantes. el circuito está abierto y no fluye electricidad por él. y puede producirse una descarga. por ello conviene hablar a los alumnos acerca del hecho de que existe una relación entre la diferencia de potencial aplicada a una conductor metálico. concepto de resistencia eléctrica y les es difícil relacionarlo con otras variables. Este hecho permite explicar que los fusibles se utilizan para evitar un desastre en una casa o en una industria cuando se produce un corto circuito. con la energía o la potencia. se puede hablar de circuito como una trayectoria de alambres. que es a la que se ha llamado resistencia. Cuando esto sucede. Un ejemplo interesante son los llamados "circuitos de escalera". la corriente que circula a través de él. Es necesario aclarar que esta ley se aplica a conductores metálicos a una temperatura fija. en particular. la resistencia total es la suma de las resistencias puede entender mejor la situación (véase la figura). que al sustituirse en la ecuación anterior. durante un periodo de una hora? No tomar en cuenta la energía lumínica producida por los focos. Para los focos en serie. ¿cuál es el consumo de energía y cuántas calorías de calor se generan en cada caso. La ley de Joule dice que SOLUCIÓN Si se dibuja un diagrama para cada caso se 86 . do P = VI.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ y en paralelo en un circuito de 115 volts. Si cada foco tiene una resistencia de 100 ohms. V = IR. es que hay eléctricos se relacionan con una confusión entre corriente eléctrica 87 . es la cantidad de trabajo que se pueda producir por unidad de tiempo. ERRORES FRECUENTES • Muchos de los problemas causados por las concepciones inicial previas de los fenómenos y energía eléctrica. En esta parte se puede discutir con los alumnos que aparatos domésticos son más potentes y para qué se usan. es decir. La potencia eléctrica se mide en watts y es igual al producto de la diferencia de potencial V. esta se debe dividir o recombinar. solo que ahora el trabajo se produce mediante el paso de una corriente eléctrica. por tanto. La corriente es un flujo de cargo a través del circuito y.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ POTENCIA ELÉCTRICA La potencia eléctrica. por la corriente I. esto significa que la corriente de entrada en cualquier elemento del circuito debe ser igual a la de salida y. conviene precisarlos antes de pasar a las concepciones de los estudiantes: En un circuito sencillo. al igual que la potencia mecánica. de manera que no haya pérdida ni ganancia. P = VI watts. y que muchos conservan por mucho tiempo más. La idea que prevalece en los jóvenes al inicio de la enseñanza formal. La resistencia total del circuito determina la corriente que atraviesa una pila dada. en las uniones. Dada la importancia que tienen estos conceptos en este curso elemental de Física. la corriente transporta energía desde la pila a los diversos componentes del circuito. se conserva. por ejemplo. La mayoría de los jóvenes entre los 13 y los 15 años suscribiría En toda pila nueva se almacena una cierta cantidad de corriente eléctrica. La pila se considera normalmente como el agente activo o donante del proceso. la corriente. una pila y un elemento "consumidor" como una lámpara o un motor-.700 0. una afirmación como la siguiente: MISCELÁNEA FÍSICA POTENCIA Y ENERGÍA DE ALGUNOS APARATOS APARATO POTENCIA (WATTS) Energía (kilowattshora) durante 1 hora Aparato Potencia (watts) Energía (kilowatts hora durante 1 hora – Compuradora Radio videos casetera televisión rasuradora tenazas para el pelo refrigerador extractor jugos de 16 9 40 140 15 23 300 300 0.. el fluido.730 0.140 0.000 1.023 0.300 Aspiradora Ventilador Picadora Cafetera Lavadora Foco Plancha Tostador Horno de Microondas 700 500 730 700 850 60 1000 1350 900 0.015 0.700 0.350 0.900 88 . la energía. o lo que se almacene en la fuente.500 0.850 0.009 0. la corriente contenida en una pila será consumido por los equipos eléctricos en el transcurso del tiempo. fluye para cargar el elemento en donde se consume. La electricidad. mientras que el otro elemento es el receptor.016 0.. la fuerza.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ una "fuente" como.60 1.039 0. los volts..300 0. conviene destacar que fue 3. de energía Como ELECTRICIDAD 115 0. La contribución de Joule a la ley de conservación de la energía empezó con sus estudios sobre Los tostadores de pan. que es igual a la suma de.4 RELACIÓN ENTRE CALOR Y Joule quien descubrió. las conductividades en paralelo. en un conductor. Esto nos muestra que parte de la energía eléctrica. el calor producido es mayor en un circuito con menor resistencia que en uno con mayor resistencia. y que en este experimento. el calor producido en una resistencia dada es proporcional que es pasa a además al cuadrado de de él. Entonces. es el recíproco de la resistencia. la cantidad de calor que se desarrolla en el cable es proporcional a la resistencia del alambre y al cuadrado de la corriente. pero en ese entonces no había manera de medir la cantidad de electricidad que se usaba como entrada para alimentar el motor.115 Secadora ropa Máquina coser de de 2000 88 2.088 proporcional longitud del conductor. Podía medir la cantidad de trabajo realizado por el motor. así que el efecto de conectar dos o más conductores en serie hace la resistencia igual a la suma de las resistencias de los conductores. éstas relaciones. por lo que diseñó su propio método y sus propios instrumentos. Por eso. la cantidad de calor que se produce al hacer trabajo contra la fricción el calor que en que diferentes aparecía condiciones. al que se denomina conductividad. a la La la corriente resistencia través su motor eléctrico era la reacción química del zinc en una celda voltaica. Es importante que los alumnos conozcan que cuando la diferencia de potencial es la misma. además.000 0. y encontró que el trabajo que se podía obtener al consumir una libra de zinc era solamente un quinto del que se podía obtener de una máquina de vapor donde se quemara una libra de carbón. Cuando los conductores se conectan en paralelo. Estos experimentos lo condujeron a medir.500 0. en un cortocircuito se un motor eléctrico que construyó cuando tenía 19 años. que el calor y la energía mecánica están relacionados y se pueden transformar uno en el otro. se transforma en calor. como se ha visto. los focos y algunos otros aparatos que se usan en la casa y en la industria se calientan con el paso de la corriente eléctrica.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ televisión portátil secadora de pelo licuadora 500 700 0. el efecto es el mismo que si se sumaran las secciones transversales de los conductores. Se dió cuenta de que la fuente de desprende una gran cantidad de calor y. LEY DE JOULE estaba siempre en proporción con la cantidad mecánica desaparecía concluyó.700 can la relación entre el calor y la electricidad y. EFICIENCIA Resulta importante que los estudiantes conoz- 89 . en este sentido. Joule encontró que podía medir la corriente por medio de la razón a la que se deposita metal en un baño de plata. además. polo sur. sobre todo.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Aunque de los motores eléctricos se habla más adelante. Los imanes siempre han ejercido una gran atracción y curiosidad en el hombre de todos los tiempos. a fin de aprovecharla para orientarse. Al observar la acción de un imán con otro. La limadura de hierro se acomoda siguiendo las llamadas líneas del campo magnético. viendo como es la acción de un imán sobre otro y como ésta acción se ejerce a distancia. 90 . se puede hacer ver a los estudiantes que es posible pensar en la influencia magnética que la presencia de uno o varios imanes ejerce a su alrededor. El polo de la brújula que apunta hacia el norte geográfico se denominó polo norte. se encuentra que los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen. Resulta interesante hacer ver a los-alumnos que este hecho histórico extremos. La dirección de estas líneas se toma. Los chinos en la época antigua descubrieron esta propiedad y. y que además no existe otro. 3. A los extremos de los imanes se les llama polos. desarrollaron la brújula. El manejo en clase de los conceptos del magnetismo debe dirigirse a entender su relación con la electricidad. y el otro. tipo de polo magnético. Al igual que en el caso de la electricidad. LIBRO PARA EL MAESTRO DE FÍSICA Los usos del magnetismo en la actualidad son muchos. Este puede visualizarse al poner limadura de hierro sobre un papel y debajo de él diferentes tipos de imanes. desde el polo norte hacia el sur (véase figura). Es importante enfatizar que existen materiales que son magnéticos. polo norte y polo sur. en términos del llamado campo magnético. aquellos donde se aprovecha la relación entre los fenómenos del magnetismo y la electricidad. IMANES Y POLOS MAGNÉTICOS MAGNETISMO EN LA TIERRA Un imán o una barra magnetizada tiene los efectos magnéticos concentrados en los El magnetismo es un fenómeno que se manifiesta directamente en la estructura de la Tierra. se puede aprovechar la referencia al trabajo de Joule para empezar a hablar de la eficiencia en la producción de energía a través de ejemplos y comparaciones.5 MAGNETISMO Los conceptos del magnetismo se pueden introducir de forma amena jugando con imanes. por convención. pero que también puede inducirse magnetismo temporal en barras de hierro. para que en capítulos posteriores se llegue a comprender la relación de estos fenómenos con muchos otros que constituyen el llamado espectro electromagnético. por la relación histórica que los imanes han tenido con la orientación en la Tierra. Mostró así que hay relación entre el magnetismo y la electricidad. Esto puede lograrse mediante la historia de los descubrimientos y mediante la realización posible. Este hace que vibre un diafragma produce una corriente eléctrica. colocándose ésta en ángulo recto con el flujo de la También tiene importancia señalar a los alumnos que la dirección en que la brújula apunta difiere de los verdaderos polos norte y sur geográficos. basados en la observación de las estrellas. La discusión 7 paradoja. corriente. la dirección del imán terrestre. por ello. al cual no se puede tener acceso directamente. y que dieron origen. sino en la dirección transversal a él. sino simplemente el resultado de la forma en que históricamente se nombraron los polos magnéticos. Esto se debe a que el imán terrestre no coincide exactamente con las direcciones geográficas: está un poco inclinado. la brújula cambiaba de orientación. 3. Además. entre otras cosas. por lo que poco a poco cambia de posición ¿Cómo se sabe esto? Conviene. Este fue el primer paso en una serie de descubrimientos que revolucionaron el mundo de la ciencia y de la tecnología.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ tiene como consecuencia que el sur magnético corresponda al norte geográfico. es el resultado de efectos dinámicos en el interior de la Tierra. y que aún hay muchos problemas no resueltos que son objeto de investigación.6 RELACIÓN ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO EL TELÉFONO La electricidad y el magnetismo se concibieron durante mucho tiempo como dos fenómenos desconectados. Los estudiantes tienden a pensar en ellos de esta manera. al teléfono y al telégrafo. Se le recomienda que reproduzca con sus alumnos el experimento de Oersted (véase figura). de experimentos cuando sea El principio de funcionamiento del teléfono la patentó Alexander Graham Bells en 1876 y consiste en que la voz hace vibrar las moléculas del aire. Lo curioso es que la dirección en que se da este efecto no es en la dirección del alambre. que en ésta parte los alumnos lleven a cabo alguna investigación acerca de las técnicas que se utilizan para indagar lo que ocurre en el centro de la Tierra. de estas investigaciones debe resaltar que se pueden aprovechar los conocimientos de un área para investigar en otra. MISCELÁNEA FÍSICA 91 . al motor eléctrico. Es importante resaltar que ésta no es una En 1819 Hans Christian Oersted (1777-1851) encontró que si ponía una brújula cerca de un alambre por el que fluía corriente eléctrica. y viceversa. es importante revisar la relación entre estos dos fenómenos. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA espiralmente en forma cilíndrica. pero pasaron varios años sin que se lograra. se generaba corriente en la otra. Ahí. Si a través de las partículas del material pasa una señal eléctrica. Después del descubrimiento de Oersted. El campo magnético que se . al continuar con las experiencias de Oersted. ha sido la base de la industria eléctrica tal como la conocemos. En 1832. Las vibraciones del cono de al bocina harán que vibre el aire y se produzca las ondas sonoras. los investigadores de muchos lugares intentaron obtener corrientes eléctricas a partir del magnetismo. MISCELÁNEA FÍSICA (CONTINUACIÓN) de una bocina que consiste en un electroimán que hace que vibre una membrana de la misma manera que el diafragma del micrófono en el receptor. campos magnéticos grandes con comentes en moderadas. y provoca que cambie su resistencia. Michael Faraday realizó un descubrimiento que. a partir de entonces. ésta sufrirá las variaciones de la voz de quien habla. para obtener. un El solenoide enredado consiste alambre teléfono por el auricular. De esta forma la señal de la voz se ah transformado en una señal eléctrica. aunque la 92 . Ampere. la señal se transforma en acústica por medio. membrana metálica que al vibrar con la voz presiona las partículas de un material que puede ser carbón. Esta señal eléctrica se transporta por un alambre y llega a otro Una corriente eléctrica produce a su alrededor un campo magnético cuya intensidad es mayor si la corriente es más intensa. la voz pasa que consiste en una micrófono. ésta sufrirá las variaciones de al voz se ha transformado en una señal eléctrica. EL SOLENOIDE TAMBIEN SE LLAMA BOBINA. diseñó un aparato que llamó solenoide.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ Cuando hablamos por un por teléfono.origina en su interior se debe a la combinación de los campos individuales de cada vuelta. Faraday encontró que cuando dos bobinas se colocaban cerca una de la otra y se hacia pasar una corriente por una ellas. El principio de Faraday se puede expresar de la siguiente manera: el cambio de la fuerza magnética induce una corriente en un alambre Este cambio se puede lograr mediante un imán que se mueve relativo al alambre.EL DESARROLLO DE LA FISICA EN MEXICO______________________________________ corriente duraba poco tiempo. ya que en cuanto había corriente contínua en la primera bobina. se debe dar unas 200 vueltas con el alambre de cobre alrededor de la tapa. entonces.dos tapas de plástico de 5 cm de diámetro . MATERIAL . la corriente en la segunda En este experimento se muestra cómo al poner a oscilar uno de los imanes adentro de lo bobina de la izquierda (véase figura) se induce una corriente eléctrica alterna en la segunda bobina y. Con esto se ilustra el fenómeno de resonancia Faraday descubrió también que cuando se mueve dentro de una bobina una barra magnética.dos soportes . al igual que los imanes y los resortes. la corriente en la segunda reaparecía por algunos instantes. Faraday concluyó que una corriente en un alambre estacionario inducía corriente en otro alambre estacionario solamente cuando la corriente estaba cambiando. Para hacer las bobinas. A este fenómeno se le conoce como inducción electromagnética. desaparecía. 30) en una tlapaleria. así que quedaba abierto el problema de generar una corriente contínua mediante inducción electromagnética. o mediante una corriente cambiante. El alambre se puede sostener con cinta adhesiva. pero cuando se apagaba la corriente en la primera bobina. Para construir las bobinas se tiene que conseguir cable de cobre aislado (núm.cinta adhesiva magnética.dos bobinas . A partir del descubrimiento de Faraday sólo se podía producir pequeñas cantidades de corriente. se pueden utilizar tapas de plástico de alrededor de 5 cm de diámetro. se induce una corriente. PROCEDIMIENTO 93 .dos imanes de barra -10 m de cable cobre del núm. 30 . Para las bobinas. Se les hace un agujero en el centro para que se puedan mover libremente los imanes. el imán de la derecha empieza a oscilar a la misma frecuencia que el primero.dos resortes . la solución a éste problema dió lugar al generador eléctrico. desarrolla. cobran actualidad en nuestro país temas a los que desde ya hace algunos años dedican atención frecuente que las publicaciones Uno de se estos verá especializadas extranjeras. unas limitándolo sin advertirlo a alguno de sus significados. lo cual no sucede con la mayoría de los otros temas estudiados. con fuertes implicaciones económicas y repercusiones en la vida cotidiana. por tanto. Por una parte. sobre nuestra tantas veces rutinaria tarea. INTRODUCCIÓN alumnos distintas. un tema. evitando agudizar contradicciones entre la acepción cotidiana del término y la interpretación escolar del mismo. La planificación del estudio N ESTOS MOMENTOS en que la escolar de estos temas no puede pasar por alto esto. El problema plantea una doble vertiente. por ejemplo.REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ BLOQUE II LOS CONCEPTOS DE LA FÍSICA REFLEXIONES EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGÍA: IMPLICACIONES CURRICULARES C. Valencia. a se presenta otros en peculiaridades cuyo la primer y escuela distintas contacto aquellos establece en de los conceptos las físicos relacionados con la energía y la necesidad de consideración implicaciones derivadas de su repercusión social. España . manifestaciones y otras. con necesidad de encontrar respuestas a cuestiones relacionadas con aspectos de su vida. como el de la energía. es el relacionado con la energía y su tratamiento curricular. y si se pretende realizar un tratamiento riguroso será necesario clarificar aquellos aspectos que en el use extraescolar puedan aparecer confusos. la introducción tomar Esta reflexión viene motivada por dos tipos de razones. en los actuales libros de texto se introduce el concepto de energía de forma sin incompleta. Por otra parte. actitudes iniciales en los 94 . SEVILLA SEGURA Instituto Isabel Villena. energía en mecánica y en electricidad. probablemente potenciado. Reforma de las Enseñanzas Medias promueve el análisis y la reflexión E temas. El alumno empieza el estudio del tema de energía con bastantes ideas formadas y con inquietudes. relación entre parcial. Así. por ejemplo gasolina o cualquier otro tipo de combustible. y se encuentra relacionado con otros conceptos también abstractos y con diversidad de significados. d) la energía como actividad. con lo cual se conserva la energía pero no la capacidad para realizar trabajo (Hicks. un cuerpo situado a una altura tiene una cierta energía potencial (capacidad para realizar trabajo). 1983). como el de energía. no restringido a la mecánica como suele hacerse.REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ clasificación de respuestas en siete esquemas 1. El tema recibe atención frecuente por parte de distintos investigadores en didáctica. energética. clara y general de cualquier concepto. Esta energía se va transformando a medida que el cuerpo en su descenso gana velocidad. el movimiento es energía. Desde el punto de vista didáctico los estudios relativos a los problemas de la energía se enmarcan en tres grandes líneas. ALGUNAS DIFICULTADES DEL conceptuales: capacidades a) energía b) asociada energía a CONCEPTO DE ENERGÍA La introducción rigurosa. además. Cuando el cuerpo llega al suelo la energía cinética se convierte en calor y sonido. Algunos autores proponen introducir el concepto de energía en un contexto adecuado. normalmente. relacionadas entre sí: Concepciones alumnos. Pero. tanto más si pretendemos acercarnos a situaciones reales. por lo que intentaremos facilitar el camino comentando significativas.18 años realizado por. En la línea relacionando siempre el concepto de energía con la conservación. Si además ese concepto es abstracto. dedicar más tiempo a la degradación de la energía que a la propia conservación (Duit. De esta forma pretenden superar algunas confusiones frecuentes en la mente del alumno con otros conceptos relacionados: trabajo. resulta ser contradictoria con las mismas explicaciones presuntamente clarificadoras que acompañan a la definición. por ejemplo. formadas instrucción escolar. La conservación de la energía. g) la energía es un fluido que se transfiere de un sistema a otro. c) la energía como ingrediente. Educación sugerida por la primera corriente se inserta un análisis de los conceptos de energía de alumnos de 14 a. f) energía funcional. que pone de manifiesto la disparidad de nociones que evoca el término energía en los distintos alumnos. Principio de conservación. que obligan a tener en cuenta la degradación de la energía. Se sugiere también. Degradación de la energía. Introducción del concepto de energía. e) la energía como producto de la actividad. algo que no está almacenado en un sistema sino que aparece al interactuar con él. fuerza. introduciéndonos en la termodinámica. Watts (1983). La definición de energía como capacidad para realizar trabajo es frecuentemente contestada por considerar que está limitada al campo de la mecánica y que entra en contradicción con las leyes de la termodinámica. 1984). proceso de que mantienen previamente los al algunas aportaciones humanas. no suele ser fácil. como deposito que será origen de actividades. Watts propone una 95 . potencia. la situación se complica. REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ El análisis de la contradicción entre el principio de conservación de la energía, tal como habitualmente se enuncia, y las leyes de la termodinámica pueden dar respuesta a los problemas suscitados cuando el alumno compara lo aprendido en clase -la energía se conserva- con las noticias relativas a la crisis energética y ha levantado voces favorables a la incorporación de la termodinámica a los curíicula escolares, desde niveles elementales, proponiendo realizar estudios cualitativos sencillos de la energía que tomen como punto de partida los procesos que suceden espontáneamente, haciendo hincapié en que los procesos inversos requieren el use de dispositivos que consuman combustible y, por tanto, 1983). Por lo que respecta a la educación energética, que hace referencia a todos los problemas relacionados con las distintas fuentes de energía, su utilización, racionalización del consumo energético, etcéteras y sin ánimo de exhaustividad, se proporciona una reseña bibliográfica de algunas de las publicaciones más recientes, indicativa del nivel de interés con que en otros países se está abordando el tema. Las consideraciones anteriores permiten 3. Las posibilidades del principio de conservación para contribuir a la comprensión del concepto de energía, sabiendo en que condiciones varía, cuando se transforma pero permanece constante, etcétera. 4. Las posibilidades que ofrece la incorporación de los conceptos relativos a la crisis energética para mostrar la capacidad explicativa del término energía aún cuando para ello sea necesario introducir algunos conceptos termodinámicos. que gasten energía (HaberSchaim, 2. La necesidad de proporcionar un marco conceptual suficientemente amplio para incorporar el concepto de energía, de la que deriva la obligatoriedad de introducirlo en diversas situaciones en las que se manifieste de formas distintas. enunciar algunas conclusiones: 1. La complejidad y riqueza del concepto de energía así como la imprecisión cometida al definirlo relacionado exclusivamente con transformaciones mecánicas. 96 REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ 2. CUESTIONES QUE SE DEBEN contenido. Lo más que podremos lograr en estos casos es una memorización. No vamos a presentar un modelo didáctico elaborado, Si tomamos como indicador del tratamiento que mayoritariamente se da en las aulas al tema de la energía el contenido de los libros de texto en uso, podemos de afirmar que La estructura lógica en la introducción de los conceptos se podría articular en torno a los siguientes tópicos: Concepto de energía Principio de conservación de la energía La degradación de la energía; aproximación al concepto de entropía Algunos problemas energéticos; fuentes de Energía En un primer nivel; se realiza previamente una revisión de la fenomenología del calor, sin Bajo una presunta justifcación didactica, en estos planteamientos se ignora toda razón relacionada con el aprendizaje. No se tiene en cuenta que los alumnos llegan al aula con ideas formadas que no cambiaran fácilmente (Watts, 1983; Duit, 1984; Bliss y Ogborn, 1985). Se olvida también que la formación de un nuevo concepto, su incorporación a la estructura cognoscitiva, es un largo proceso que requiere una planificación minuciosa en la que se debe considerar tanto la lógica interna del contenido como la forma de acceder a él, y esto presenta rasgos distintos según la edad del alumno, y su propio desarrollo intelectual (Flavell, 1984; Piaget, 1972). En ningún caso simplificar un concepto contribuirá a su mejor comprensión. Si la mente del alumno no ha alcanzado el grado de desarrollo adecuado, el aprendizaje de ése concepto no será posible y si el desarrollo es pertinente lo dificultará la desvirtuación de la simplificación del Además, en un ámbito estrictamente físico su significado es muy general. Aparece en manifestaciones muy diversas, asociadas a una amplia gama de fenómenos (desplazamientos, 2.1 Concepto de energía. Somos plenamente conscientes de la complejidad del concepto de energía, pero dónde reside esta complejidad? ¿Qué concepto de energía debemos enseñar? El término energía ha pasado a formar parte del acervo lingüístico de uso frecuente con lo cual lo encontramos en distintos contextos, con acepciones diferentes, cosa que no siempre contribuye a mejorar la comprensión del mismo. Sin embargo ello influye en el esquema conceptual que forma el alumno y que habrá que considerar a la hora de enseñárselo en la clase de física. ocuparse todavía del concepto de calor ni del de temperatura. responde básicamente al esquema: trabajopotencia-energía-principio conservación, todo ello sin ningún ejemplo extraño a la mecánica y por supuesto diferenciado de otro tema que es el de calor. Además, como los conceptos puestos en juego son complejos, se adopta el camino más cómodo: simplificar. Se procede a definirlos de una manera concisa (y por tanto limitada), en muchas ocasiones mediante una ecuación simplemente. sino algunas cuestiones, que pueden tener interés, derivadas de los análisis anteriores y de una reflexión sobre nuestra propia práctica docente. CONSIDERAR EN UNA PROPUESTA DIDÁCTICA 97 REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ electricidad, reacciones químicas, radiación...) y si bien considerada globalmente siempre se conserva, en ocasiones se degrada. Intentemos caracterizar el concepto planteanEl concepto de energía es uno de los más abstractos de los estudiados en un currículo de física y química. Su definición por reducción a otros términos más sencillos no es fácil ya que esta relacionada con conceptos igualmente conflictivos y abstractos. Todo ello hace que estemos frente a un concepto de índole tal que nos obligue a una introducción distinta a la tan frecuente definición operativa. Las características del concepto de energía obligan a abordarlo desde diversas Podremos plantear ahora el problema de evaluar la cantidad de energía de que dispone un sistema en un instante y situación y la forma en que ésta energía se puede transferir. Es necesario clarificar términos de uso frecuente como: proceso, sistema, a los transformación, que se hace estado, referencia perspectivas, teniendo en cuenta cual es el punto de partida conceptual de los alumnos e incluyendo el máximo número de situaciones en las que se pueda poner de manifiesto su potencial explicativo. La incorporación de un concepto a la estructura cognoscitiva está relacionada con su capacidad para explicar situaciones, tanto nuevas como aquellas que ya preocupan al alumno. Podemos partir, por tanto, de una recopilación de material, aportado por los propios alumnos, consistente en textos breves en los que se haga referencia a la energía, obtenidos de la prensa, televisión, o inventados por ellos mismos pero que recojan sus propias ideas (posiblemente algunos recordarán la definición de energía como capacidad para realizar trabajo, en este caso, podremos poner de manifestó que esta definición no comporta ningún concepto, sino que se repite de forma mimética). Esto permitirá abrir perspectivas respecto de la generalidad del término y por tanto de la riqueza del concepto, a la vez que la imposibilidad de comprimirlo en una definición breve y concisa. Algo parecido sucede con el concepto de tiemPero, además, los sistemas pueden modificar su energía al interactuar con otro sistema que do diversas situaciones, ahora más típicamente físicas (un cuerpo que cae, otro que se desplaza por una superficie horizontal y se para, un muelle que se estira, una bombilla encendida, etcétera) para cuestionar lo que sucede a la energía en cada caso. Al final podremos llegar a la idea de que la energía es una característica del sistema, que tiene un valor en cada instante y que se puede modificar cuando el sistema se transforma. po y en ninguno de los dos casos la dificultad de definición limita su validez. constante y que, sin embargo, suelen permanecer enmascarados en muchas ocasiones. Los sistemas se transforman por interacción con otros sistemas. Siempre hay un agente dinámico de la transformación y un cambio en la configuración del sistema. La interacción (fuerza) produce una modificación de la disposición inicial del sistema y la magnitud de la transformación se identifica con el trabajo, cuya definición operativa se puede introducir, así como la idea de que esta definición general es susceptible de adaptación a distintas situaciones (compresión de un gas, electricidad...), para incluir magnitudes físicas de uso más cómodo, adaptadas a los datos más habituales en cada sistema. 98 Hasta ahora nos hemos referido a modificaciones del sistema que se detectan microscópicamente sin ocuparnos de lo que sucedía a nivel microscópico en el sistema.2 Profundizando en el estudio de las transformaciones. matizando las dos situaciones: 2. Asimismo se puede introducir la idea de potencia. y de velocidad. aquella en la que el sistema sistemas conservativos y no conservativos. 99 . intercambia calor. etc6étera. La discusión de algunos ejemplos. Así pues. en los que haya sistemas que transformen su energía de una forma en otra. podemos deducir que los valores de la energía cinética y potencial varían en cada punto. los alumnos tienden a confundir el valor de la energía de un sistema en un instante y situación con la variación de energía y. Tiene interés comentar que.REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ está a distinta temperatura. esto es indicativo de que el concepto de energía. potencial y de la suma de ambas. La generalización de los resultados anteriores nos permitirá introducir el principio de conservación de la energía. la Realizamos cinética un y análisis. Aceptemos que el sistema Estamos ya en condiciones de aproximarnos a otra nueva situación. referido a un cuerpo. en nuestra opinion. calor. pero la igualdad entre variación de energía y trabajo realizado se mantiene. por ejemplo. unido al de la forma de modificar su valor. que varíen su energía total por la intervención de trabajo. no están incorporados a la estructura cognoscitiva. Empezamos limitando nuestro estudio a las transformaciones que ya se han estudiado en temas anteriores: cambios de posición ellas. ¿Y si consideramos las dos transformaciones simultáneamente? Al estudiar la caída libre. pero su suma permanece constante. la energía es una propiedad del sistema que se manifiesta de muchas formas y que puede variar por la intervención del trabajo y/o del calor. que ahora los alumnos están en condiciones de entender. pueden contribuir a clarificar los conceptos. mientras que si consideramos un cuerpo desplazándose por un plano inclinado bajo la acción de una fuerza aplicada (o bien consideramos el razonamiento) varían los valores de la energía cinética. La introducción de la energía potencial asociada a las fuerzas conservativas no presenta dificultades especiales siempre que los alumnos estén familiarizados con la fuerza peso (conservativa) y rozamiento (no conservativa). a nivel cualitativo. de cada una de introduciendo energía potencial segun el esquema tradicional de identifcación de la variación de energía con el trabajo realizado para lograrlo. Tras el análisis de algunos procesos espontáneos (expansión de un gas. pero el esquema conceptual. se puede introducir el concepto de entropía sólo en niveles superiores). del La El proceso en sentido contrario implicaría una ordenación en el movimiento aleatorio de las moléculas. se empieza a construir desde el principio. sustentada por un amplio número de alumnos. del calor como fluido. dirigiéndose a su posición primitiva. En estos procesos se conserva la energía.3 Aproximación al concepto de entropía. ejemplo del bloque que desliza. por tanto que no varía su energía potencial ni cinética respecto de un sistema de referencia exterior. deslizamiento de un bloque sobre una superficie con rozamiento). pero el aumento explica de que entropía no que los acompaña se restablezca equivalente introducción del concepto de calor en este contexto contribuye a erradicar la concepción errónea. no se podrá utilizar para realizar trabajo. fácilmente aceptaremos que las moléculas del mismo se encuentran en un estado de agitación permanente al que podemos asociar una energía potencial y cinética. energía significaría en la conversión Tomando de el interna trabajo. significaría que la energía empleada en aumentar la temperatura de la superficie de contacto al deslizar (que es medida que la el proceso al que alcanza nos su referimos). Si suponemos que el sistema es un recipiente que contiene un gas.REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ permanece en reposo en una determinada posición. como algo que los cuerpos tienen y pueden aumentar o disminuir según ganen o pierdan calor. Estas consideraciones conducen al enunciado de la primera ley de la termodinámica. COMENTARIO FINAL El esquema propuesto permite el desarrollo de currícula circulares. denominada entropía. A la suma de ésta cuando energía el cinética y potencial calor. concentración-dilución de una disolución. de forma que a superficie temperatura inicial. Parte de la energía se invierte en aumentar la entropía y esta parte no es recuperable. La explicación implica la introducción de una magnitud característica del estado del sistema. 2. ¿Por qué nunca observamos el proceso inverso? 100 . La asociación entre procesos espontáneos y aumento de entropía es tan sólida que muchas veces se dice que el aumento de entropía indica el sentido de la flecha del tiempo. asociada al desorden del mismo y caracterizada porque en todos los procesos espontáneos la entropía del universo aumenta. Pero la energía interna también puede variar si se realiza trabajo. Evidentemente esto no sucede en realidad. le Se denominaremos energía interna y se modifica sistema intercambia introduce en este punto la interpretación de la temperatura y el calor a escala microscópica. el bloque se mueve en sentido contrario. propiamente dicho. conviene espontáneamente la situación inicial y por tanto que no pueda recuperar toda la energía. Tanto en sentido directo como inverso los sistemas cumplen la primera ley de la termodinámica. en los que se seleccionen los contenidos según su complejidad (por ejemplo. aumento de temperatura de un cuerpo puesto en contacto con otro inicialmente a mayor temperatura. Cabe aquí también mecánico la introducción del calor. se recupera. de forma que otros conceptos se incorporen de llamar la atención sobre el hecho de que los procesos se producen de forma espontánea siempre en un sentido y no en el contrario. Tex. of uses of energy". Prentice Hall. P et al. SEED Something special for teachers. 1984. vol. environment and economics teacher workshop. 19. Visor [New Jersey. pudiendo incluso. p.. De este modo no se favorece la persistencia de errores conceptuales Anderson. 1981. 1983.H. El nivel de desarrollo de la estructura mental requerido para acceder a la comprensión de estos conceptos. una vez mas. M.A.REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ manera natural. Madrid. El trabajo se completa con la discusión de diferentes fuentes de energía. Duit. "Learning the energy concep in school empirical results from the Philippines and West Germany". S. (concepto de calor) como sucede con otros planteamientos... Ogborn.L.. en Journal of Environmental Education. realizar una interesante actividad interdisciplinaria.E. vol. Theaching energy awareness. Houston. Flavell. 21. 1981.. Colorado. 1985. R. Geographic source US]. p. North Carolina [Paper presented all the energy. 59-66. básica cuando hasta se la realice una Gore. "Children's choices La incorporación de problemas como el de la energía ofrece la posibilidad de relacionar la escuela con la problemática cotidiana de la sociedad en que vive el alumno. Environmental education series. Tenneco. vol. Canipe. o de la teoría cinética molecular no es superior al necesario para entender los principios de Newton (Shayer y 1984).. "A learning cycle on exponential growth and the energy crises". 13. Typing into computers. en The Physics Teacher. 17-21. vol. 245-246. a la sensación de fracaso que con demasiada frecuencia acompaña nuestra tarea. desde nuestro punto de vista. 1984. D. en European Journal of Science Education. cuya incorporación al curriculum no se cuestiona. Universidad de Denver [Center for Teaching International Relations] Haber-Schaim.. 195-203.R. Aunque el problema de la extensión del temario sole se resolverá. 1982. La modificación de estructura propuesta no significa en realidad ampliación de temario. Cohen. selección racional de contenidos desde la enseñanza universidad. el nivel de profundidad que se desee. Se podría criticar la introducción de conceptos termodinámicos argumentando que éstos son excesivamente complicados para los alumnos de enseñanza media. Bliss. A school energy teaching Schoolhouse Energy Efficiency Demostration. J. 1977] Dykstra. 1980. Bottinelli. "Problem solving as a goal of energy and environmental education". y J. p. p. U.. El desarrollo cognitivo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 101 . program. 20. p. 7.I. y Ch. en Physics Education. 1982. en Physics Teacher. 17-20. Corresponde al nivel operacional formal que es el nivel que debería poseer el alumno cuando menos al final de la enseñanza media. sino el nivel de desarrollo intelectual requerido para su aprendizaje y el real de los alumnos a los que se dirige. "The role of the second law of thermodynamics in energy education". vol. Olvidar cualquiera de estos aspectos conducirá. J. considerando no sólo la propia lógica interna de la ciencia que se pretende enseñar. house C. N. 1983. 18. "Energy education and environment in science curriculum". Northampton. y E. vol. Jones. Warpinski. en The Physics Teacher. J.E. 20-22. vol. 1. Lewis. Results of a survey of the penetration of energy education into the classroom. A. p.M.C. "Environmental Wilson.A. Yasi. Hicks. vol. 65. en School Science Review. 1981. 1. 1972.J. 37. 1955]. en Environmental Education and Information. "Approaching and elementary concep of energy: Part two". Sell. R. en Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching. do work or is it?".REFLEXION EN TORNO AL CONCEPTO DE ENERGIA: IMPLICACIONES CURRICULARES____ Haggis. "Energy is the capacity to. y P. y J. Paid6s [Imprenta de la Universidad de Francia. 1983. en School Science Review.en Environmental Education and Information. en Nature Study. 1984. "The energy-environment simulator as a classroom aid".M. 230-232. 1. p. Piaget.. Van Koevering. vol. 213-217.. Madrid. C. Adey. La ciencia de enseñar ciencias. M.. p. 1983. M. "Some alternative views of energy". vol.. "The environment and energy as integrating themes in Science Education". Washington. 14-16.. 189-196. 260-266. p. p. D. 1981. Shayer. N. Narpea [Londres.L.E. 1981. vol. vol. Buenos Aires. p. S. p. en Physics Education. Massachusets [Hampshire Educational Collaborative] White. Developing energy education curriculum. Fowler. 1983. M. [National Science Teachers Association] Education: Back to Basic". "Alternative energy proyects in schools". B. Energy education in the schools. 1981. 1980. 102 ... Inhelder. J. p. Watts. y J.. 1981] Ward. vol. Heinemann Educational Books. 21. 63.A. 529-530. De la lógica del niño a la lógica del adolescente. 1984. 225-231.H. y Th. el superconductor E la STE ARTICULO ABORDA uno de los problemas más apasionantes de la ciencia básica en encontrar una explicación actualidad: mecanismo de la superconductividad de alta temperatura. empero. el tantalio y el niobio. a una temperatura adecuada. El fenómeno de la superconductividad fascinó a los científicos desde su descubrimiento en 1911. y Kammerling Onnes decidió investigarlo. existe una propiedad que caracteriza al estado superconductor y se conoce como efecto Meissner. Además del mercurio. Imaginemos una corriente eléctrica como un flujo de electrones que se mueven dentro de la red cristalina de un conductor cuyos átomos vibran. de lograrse. A éste impedimento al flujo de la corriente circuito denomina retiramos ponemos a circular una corriente en un luego corriente pronto caerá a cero. la fuente. y oro. Sin embargo. el plomo. exhibían dicha propiedad.2 K (-268.8°C) la resistencia eléctrica del mercurio desapareció. debido al descubrimiento de materiales donde el fenómeno acontece a temperaturas bastante más elevadas que la del helio líquido. Los electrones chocan entre sí y con otros obstaculos. sin duda repercutirán en la forma de vida de nuestra sociedad. convierten superconductores. cuando se logró licuar el helio a una temperatura muy cercana al cero absoluto. Repentinamente. desde luego.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD ANA MARÍA SÁNCHEZ Y JULIA TAGUEÑA Ana María Sánchez estudió física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Resulta que para cada material superconductor el fenómeno se presenta solo por abajo de una cierta temperatura. se y le como podrían resistencia. en dicho efecto. Museo de las Ciencias. es investigadora en el Centro de Energia Solar del Instituto de Investigaciones en Materiales (Temixco. La resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. cobre. recordemos brevemente en qué consiste la superconductividad. a principios de 1987 cuando el publico en general empieza a conocer sus características y a interesarse en él. Una corriente circularía permanentemente sin necesidad de mantenerla en un circuito de los metales mencionados. 103 . ser Si la impurezas. como el estaño. a principios del siglo no se sabía con certeza que sucedería con la resistencia a temperaturas muy bajas. Julia Tagueña estudió física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Es investigadora del Centro Universitario de Comunicación de la Ciencia de la UNAM y responsable de la Sala de Energía de Universum. y que prometen aplicaciones que. Morelos). llamada crítica plata (Tc). al alcanzar los 4. jamás se los mejores en conductores a temperaturas ordinarias. Actualmente. Curiosamente. Además de la resistencia cero. ¿Qué significa la expresión "temperaturas bastante más elevadas"? Con objeto de dar respuesta al cuestionamiento anterior. Onnes encontró que otros metales. a la que se llamo superconductividad. es decir. Para cada superconductor existen. Para que sean útiles. LA BÚSQUEDA DE MEJORES elementos intermetálicos.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ no permite la entrada de un campo lo mas elevadas que fuera posible. Se puede entender esta situación al recordar la relación El entre electricidad y magnetismo. de forma tal que la aplicación se práctica vió de la superconductividad sumamente Después cuando de la Segunda el uso Guerra del Mundial. también. Al llegar a este punto. con una aleación de Nb-Ge a 27. Una vez escogidos. Entre estos compuestos se habían descubierto hasta finales de los años cincuenta: Nb3Au (con Tc =11 K). empezaron a descubrirse nuevos compuestos superconductores. Estos compuestos pertenecen solo a unos cuantos tipos de estructuras cristalinas. una temperatura crítica. los superconductores deben poseer. La máxima temperatura crítica para este tipo de compuestos se obtuvo en 1968. experimentar entre los miles que pueden sintetizarse a través de reacciones químicas. y se empezaron a buscar estructuras y características químicas propicias para que se diera la superconductividad con temperaturas críticas 104 . diseñar la combinación más adecuada. se comporta como un espejo que refleja perfectamente al campo intruso. se inició entonces el estudio de compuestos intermetálicos y aleaciones. de las que la más favorable es la llamada beta-tungsteno. que a su vez producen un campo magnético opuesto al original. en ella se establecía que los superconductores con mayores temperaturas los de críticas se que con encuentran combinan entre metales compuestos transición limitada. Para alcanzar estas temperaturas se requiere helio líquido y la tecnología necesaria para licuarlo es complicada y costosa. desde un principio se dedicaron grandes esfuerzos para producir superconductores con temperaturas críticas cada vez mayores. SUPERCONDUCTORES En vista de que los elementos simples no cumplían las condiciones mencionadas. un campo magnético crítico y una corriente crítica que destruyen la superconductividad. campo magnético genera superconductores consiste en trabajar con compuestos existen naturalmente. entonces. se diseñan los experimentos con el propósito de estudiar la respuesta de sus temperaturas críticas frente a cambios físicos y químicos bien definidos. además. como 1957. Una ruta ideal las sería causas la de comprender provocan el claramente Como se mencionó anteriormente. refrigerante. Una manera empírica que de buscar nuevos y magnético. Debido a esto. donde el fenómeno se presenta a temperaturas cercanas al cero absoluto. Matthias propuso una fórmula en la que se usaba la posición de los elementos en la tabla periódica para predecir la superconductividad. surge una pregunta lógica: ¿puede elevarse la temperatura crítica combinando dos o más de estos compuestos? La respuesta experimental ha sido un rotundo no. V9Si y Nb3Ge (con 17 K) y Nb3A1 (con 18 K). fenómeno y. los primeros superconductores descubiertos fueron elementos metálicos. proliferó helio En que corrientes en la superficie del superconductor. la capacidad de transportar grandes corrientes y de soportar grandes campos magnéticos.3 K. Se ha confirmado experimentalmente que en un superconductor la corriente la forman pares de electrones. En los metales normales. compuesto de Y Ba-Cu-O se alcanzaron los 90 K. hasta que inesperadamente se dió un gran salto al no utilizar se materiales que Para que un material presente las características fundamentales de la superconductividad. inicialmente habían considerado temperatura crítica y. ésta recibió el nombre de teoría BCS. ya que el flujo magnético atrapado en un años para estructurar una teoría microscópica satisfactoria. de IBM Almaden). los electrones saltan de un estado a otro según el obstáculo que vayan encontrando. todos los esfuerzos por superar esta temperatura resultaron inútiles. LOS MODELOS TEÓRICOS cierta fracción de los portadores de carga debe presentar el mismo estado cuántico. sino partículas compuestas de un número par de electrones. Dos años más tarde se descubrió que una perovskita. la temperatura crítica en el sistema Ba-La-Cu-O ya se había elevado a 48 K y en febrero. un flujo que prácticamente resulte inmune a los A partir del descubrimiento hubo que de la 46 superconductividad. Empero.3 K en el óxido metálico SiTiO3. BaPb-Bi-0. es un fenómeno cooperativo en el que participan muchas partículas. adecuados: los óxidos. estado la que superconductividad presentan algunos materiales abajo de una 105 . los portadores son electrones que puede estar en obedecen el principio de un cierto estado en exclusión de Pauli: una y sólo una partícula determinado momento. posteriormente se encontró el compuesto Bi-Sr-Ca-Cu-0 con 110 K y TI-BaCa-Cu-O con 125 K. esta carrera desenfrenada no terminó ahí. los portadores no pueden ser partículas solas. Obra de Bardeen. con un Figura 1. esperar efectos de los obstáculos. y no queda más que maravillarse de la inventiva del hombre que con un centenar de elementos naturales ha logrado construir grandes empresas. es decir. es decir. A principios de 1986.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ Durante más de un decenio. Como hemos es un visto. Cooper y Schriffer. Bednorz y Muller decidieron investigar óxidos que contuvieran niquel o cobre. Para que exista una supercorriente. Analizando estos resultados y haciendo algunas consideraciones teóricas. quien con 29 tetras escribió El Quijote. corrientes que persisten y efecto Meissner. A la fecha siguen apareciendo nuevos materiales.7 K) en el sistema Li-Ti-O. Un superconductor es un espejo para un imán (las figuras son cortesía del doctor Paul Grant. ya que de esta forma no tienen que obedecer el principio de Pauli. Cuando en un material existe resistencia. y siete años después se encontró una alta temperatura de transición (13. Análogamente puede mencionarse el mérito de Cervantes Saavedra. presentaba superconductividad a 13 K. Ya desde 1966 se había encontrado superconductividad a 0. desde un punto de vista microscópico. los fonones y la interacción entre ambos. mediado por vibraciones de la de la red atómica al (llamadas un una fonones). donde se describe el sistema completo que incluye a los electrones. para diferenciarlos de los de acoplamiento débil que siguen las razones BCS. Intuitivamente. donde h representa L. Los descubrimientos recientes de superconductividad en los compuestos de La-Sr-Cu-0 con temperaturas de transición arriba de 30 K. características fonones. Bardeen. c la velocidad de la luz es la carga del electrón. La presencia del 2 en el nominador indica que las cargas son pares de electrones. de particular. debido a que no es imprescindible que el mecanismo de apareamiento Sean las vibraciones de la red. Cooper y Schriffer introdujeron un parámetro V. los En esta del las teoría. los de Y Ba-Cu-O con aproximadamente 90 K y aún más recientemente las cerámicas de las causantes dicho deformación afectará a otro electrón que se sentirá atraído hacia el primero. podemos imaginarlo manera en la los en siguiente: red la atrae red. a estos materiales se les llamó superconductores de acoplamiento fuerte.constante de Planck. conocida también como ecuaciones de Eliashberg. Cabe señalar que ambas teorías son generales. De esta manera surge la teoría de acoplamiento fuerte. sin embargo. La teoría BCS afirma que la superconductividad se debe a una condensación de electrones a una cierta temperatura. que representaba la suma de los dos potenciales que afectan a los electrones: el atractivo y el repulsivo. muchas de las propiedades de los superconductores en concordancia con los experimentos. sino que podrían ser otro de tipo de excitaciones acoplamiento. la repulsión debe vencerse a través de un potencial atractivo. para dar lugar a un nuevo estado en el que la correlación por pares es importante. si entre los electrones existe una repulsión coulombiana (cargas iguales se repelen) que tiene que ser vencida? Para que se forme un par de Cooper. trascendencia. deformación formada núcleos efectiva entre electrones sea En los materiales de acoplamiento fuerte. y moverse por provoca Esa electrón positivos. la naturaleza electrón intrínseca tiene de un la papel interacción de gran fonón Primero se pensó que las predicciones de la teoría las constituían leyes universales que todos los superconductores tenían que obedecer. Esta condensación ocurre siempre y cuando la interacción atractiva. existen materiales como el Pb y el Hg que no cumplen con los valores BCS. ¿Cómo puede ser atractiva. como se denomina las parejas de electrones en la teoría BCS. En su trabajo original.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ cilindro hueco superconductor es un múltiplo la unidad de flujo hc/2e. Las ecuaciones de Eliashberg pueden derivarse análogamente a la teoría BCS y conceptualmente hablan de un mecanismo similar para la superconductividad: el apareamiento de electrones mediante fonones. sin adentrarse en la naturaleza exacta sencillo de de la interacción y entre pares por medio de del electrones y fonones. estado el estado en los superconductor se relaciona directamente con parámetros con normal. Partiendo de un modelo interacción parámetro V. que puede ajustarse mediante datos conocidos (como la magnitud de la temperatura crítica) la teoría BCS predice 106 . En segundo.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ bismuto (110 K) y de talio (125 K). después de todo. equivalentes en todas las direcciones. si los pares tienen un acoplamiento tipo BCS. Claro que hay científicos que piensan que tal vez los compuestos de Bi no son exactamente iguales a los que tienen Cu. pero antes es necesario A seleccionar hechos. los compuestos de Y presentan cadenas y planos de oxígeno y cobre. pero ahora existen dudas debido a la existencia de materiales envenenados con electrones de Nd-Ce-Cu-O. algunos a cambiar estas alturas superconductores nuevamente portadores confirmado por un experimento realizado en juntas de Josephson. hasta la proposición de nuevos mecanismos. Se han encontrado cerámicas isotrópicas. ellos dos la era temperatura crítica más alta era de 23. además de su tridimensionalidad. y comportamiento conforme entendible teorías ejemplo. o por lo menos no de manera notable. debido al espectro de las energías participantes. la baja dimensionalidad no es como se pensaba. es decir. como se verá posteriormente. Al encontrarse los compuestos de Bi y de TI que sólo tienen planos. no obstante. con temperaturas de hasta 34 K. los carga de en 2e. Parecía que la hipótesis de que eran hoyos iba ganando la batalla. La discusión que queda por dirimir es si son pares de hoyos o de electrones. a pesar de ser también cerámicas.2 K. teniendo carga 2e. los ya pero Por resultados conocemos que obligan confiables. Es más. en los cuales las pruebas parecen indicar que son pares de electrones contínuamente aparecen nuevos conceptos 107 . que a la temperatura crítica sufre un cambio estructural. han causado una gran conmoción en la comunidad científica. ¿Podría existir entonces. ha aparecido un sinnúmero de nuevas teorías que van desde pequeñas modificaciones a la teoría BCS. se presenta en el un efecto isotópico (dependencia de la temperatura crítica con la masa atómica) tipo BCS. Es un hecho experimental los que en los nuevos siguen superconductores portadores interés en el material Ba-K-Bi-O. los nuevos son resultado expuestas. Existen otros dos puntos de Discutiremos. fundamental. Después del descubrimiento de las cerámicas superconductoras. lo que significa que. la excitación causante del mismo tiene que ser de origen electrónico. de BaKBi-O. Cualquier nueva teoría deberá poder contener la información experimental. aunque no existan las respuestas definitivas. Mientras los teóricos especulan con nuevos modelos. LAS NUEVAS TEORIAS Iniciemos este apartado explicando por qué es necesario plantear nuevas teorías. y había una polémica sobre la importancia de una u otra estructura. haciendo pensar que los fonones efectivamente guardan alguna relación con este proceso. algunas de las ideas que han estado manejándose en el mundo de los superconductores. que los materiales anteriores a este parecían no presentar. el enfoque. algún mecanismo que fuera común a los superconductores tipo BCS y a los de alta temperatura basados en cobre? Como ya se mencionó. el valor tan alto de la temperatura crítica no se ajusta a las predicciones BCS. En primer lugar. De todos los elementos y aleaciones estudiados el hasta antes de a de todos las 1985. los experimentales han estado muy ocupados realizando gran cantidad de mediciones. la polémica quedo resuelta. Pero ahora surge una contradicción más. entonces. el xSr. experimentos resultados que parecen sólidos.(O). Esta cercanía al estado responsables del acoplamiento podrían ser las excitaciones magnéticas. ¿estamos tratando con superconductores de acoplamiento débil o de acoplamiento fuerte? superconductores. las teorías basadas en el apareamiento de hoyos tendrán que reconsiderarse. pero cuando se le añade se pensar en Sr u 0. Los primeros resultados para la brecha superconductora tonelaje Los y a partir de de experimentos de espectroscopia más recientes infrarroja ofrecen respectivamente. Mencionemos el experimento de reflexión de Andreev. Si el electrón tiene una energía menor no que podrá la brecha entrar al en la que se debe notar que el espín 1 Nit+ es 1. Una vez decidido si el material es de acoplamiento débil o fuerte. resultado que afecta a los modelos basados en el valor del espín. que la correlación entre electrones es sumamente fuerte. Valores similares han sido calculados para ecuaciones de Eliashberg. y. Esta información permitirá clasificar un material al comparar los resultados experimentales con los predichos por las dos teorías. por un lado. La teoría Bcs hace una serie de predicciones Se ha meditado bastante sobre la posibilidad de que el acoplamiento de los pares superconductores sea de origen magnético. El modelo de Anderson plantea. como hemos superconductor. Tampoco. llamadas magnones. de la diferencia de energía entre el par de electrones y el mismo par. y del campo genético crítico H. De ésta forma. a través de una junta puntual. también podrá obtenerse información sobre la magnitud de la energía de la excitación causante del acoplamiento. por el otro. como se observa en el último compuesto mencionado. ¿en cual de sus versiones deberá aplicarse?. Si. como el sistema YBa2Cu3O6 son antiferromagnéticos. 108 . Tanto el sistema La2CuO4. resulta importante discutir finalmente un punto más.. para el cual un superconductor dejaría de serlo. pero en cambio si podrá condensarse con otro electrón de momento y espín opuestos y formar así un par de Cooper. magnético ha hecho vuelven que los con respecto a la temperatura crítica T. provocando un exceso de corriente en la junta. separado en dos electrones independientes [brecha de energía A(O)]. no obstante. ésta hipótesis no ha podido comprobarse experimentalmente. El hoyo así formado se regresará en el mismo sentido que tenía el electrón. sin embargo. el lector superconductora. También se habla aunque todavía no se ha confirmado de que existe otra cerámica superconductora sin Cu. Es posible variar la energía de los electrones inyectados visto. a un metal normal unido a un superconductor. el cobre constituye el elemento indispensable de estos materiales. seguramente estará cansado de la mención aislada de tantos ejemplos y contraejemplos. A estas alturas del texto. el ya mencionado Ba-K-Bi-O. que consiste en inyectar electrones. Estos valores pueden mencionarse con el factor y del calor especifico (Cv= Yt) que presentan los electrones en estado normal. en lugar del 1/2 del Cu.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ los que superconducen. Además se ha encontrado un material superconductor.NiO4' 2- originaron una enorme variedad de valores. el panorama resulta confuso y la teoría BCS no ha sido totalmente descartada. que un orden magnético frustrado puede originar un estado superconductor. que es un óxido semejante a los otros pero que no contiene ningún ión magnético. Bardeen." De nuevo los datos señalan que se trata de un acoplamiento débil. 106.W. En consecuencia. vol. 1175. núm. núm. Mientras se descifra este problema.J. están elaborándose modelos fenomenológicos que conducirán a una mejor comprensión de los resultados experimentales.P. prevalece de el sentimiento temperatura generalizado de que el descubrimiento de los superconductores alta modificará nuestra concepción de lo que es la superconductividad en un sólido. et al. escuchamos decir en alguna ocasión a un científico amigo-. Nature. R. vol. Cava. Las medidas con las que se cuenta parecen indicar que la energía de la excitación debería ser superior a 0. J.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ y medir el voltaje al que desaparece la reflexión de Andreev. Rev. Mat. Bull... 153. Anderson. Cooper y J. P. Rev. 332. 1960.. 11.. Sin embargo. vol. Phys. Eliashberg. nos encontramos ante el privilegio de desentrañar por enésima vez un misterio más allá de de la naturaleza. Phys. BIBLIOGRAFÍA 109 . de las cerámicas superconductoras ni siquiera conocemos con exactitud su estado normal. Res. L. hace falta adoptar medidas más exactas de las que ahora se tienen. aunque sabemos que son sistemas fuertemente correlacionados.30 eV. El resultado de este experimento está relacionado con el modelo de acoplamiento débil. donde el modelo de electrón libre es inadecuado.. 162. lo cual supone una excitación de origen electrónico.M. sus posibles La enorme expectativa que despierta este fenómeno va aplicaciones prácticas. 814. 1973.N. Schrieffer. núm. 8. Por todo lo discutido en éste artículo podría afirmarse que la nueva teoría de la superconductividad deberá contener muchos de los elementos que integran la teoría BCS. Por su novedad.. me gustaría saber el efecto causado por los superconductores de esa época. Igualmente se han estudiado otros cocientes típicos. 696. Soviet Phys. aunque en este punto hay bastante incertidumbre en el valor de y por las aproximaciones implícitas en el modelo de electrón libre. Un anillo en un campo magnético: a) en el estado normal. vol.. núm.. vol. G. num. 1988. b) en el estado superconductor (efecto Messner ): y c) una vez retirando el campo extremo. Uno es el cambio en calor específico Cv/YT5. JETP. Con respecto al campo crítico. 1957. 108. Para calcularlo se requiere saber AC y el valor de y que se ha encontrado a partir de experimentos de susceptibilidad magnética usando un modelo de electrón libre. y sus aplicaciones en la vida cotidiana. "Si yo pudiera ir al futuro le Figura 2. F. et al. 855. World Scientific. 1988. T.R. núm. núm. Nature. y J. Bezinge y J.L. núm. 110 . N. 1986. 78. et al. Thomas.'` Jchida. Phys..".E. 2401.SOBRE LA SUPERCONDUCTIVIDAD____________________________________________ Gough. S.. Rev. vol. Phys. Tokura. "Memorias de la XI Reunión de Invierno de Bajas Temperaturas: Superconductores de Alta Tc. 319.. vol. Dietrich y C. Physica. Friedman y D.A. B36.. Rev. vol. 337. B67. Jones. Inderhees. vol.. 326.. 1987. 61. et al.. Politis Z. Ginsberg.F. Physica. Rev. Salomon. 1987. M. Solid State Chem. vol. 155. H. núm.. 1988. Takagi y S.B. núm.. núm. México [en prensa] Niemeyer. vol... núm.' núm..P.. 1988. Nature. 1990. C152. vol. Hoevers. Cocoyoc.A. J. 1313. Carbotte.C. 6141. 50.. Junod. vol. 1989. Y. Lett. H. vol. et al.. M. Physica. 1988.E. G. Miiller. C. B33. Marsiglio.M. 50. A.. C152. A.. 1987.. núm. Morelos. 345. Phys. Comparemos esto con las estadísticas correspondientes en Japón. no sólo a través de las páginas editoriales sino en mesas redondas televisivas.CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ CRISIS EN EL AULA LEON LEDERMAN Compartió el premio Nobel de Fisica en 1988 con Melvin Schwartz y Jack Steinbnerger.. Los sistemas educativos en los niveles federal. Este informe se publicó también a manera de carta abierta bajo el título "La nación en riesgo: el imperativo de una reforma educativa". La retórica 111 . Si alguna vez gozamos comercio. además. a petición del secretario de Educación. En 1989 el presidente de la educación. Doce años más tarde desde aquel informe la nación sigue estando en riesgo. Desde su inicio el texto no se anda por las ramas: Nuestra nación está en peligro. y las si bien el estilo recargado metáforas militaristas estudiando y profundizando en el arte de la causaron su efecto en la nación. disfuncionales.. superados mundo. elaboró un informe sobre la calidad de la educación en el país. ansiedad e indignación. Menos de 1 % del presupuesto educativo en Chicago se ha destinado tradicionalmente al mejoramiento del magisterio y poco tiempo se deja durante el día escolar para el intercambio colegial en las escuelas urbanas de Estados Unidos. alarmista que atrajo la atención de los medios impresiona más hondamente al público que los hechos verdaderamente graves que contenía el informe. varias. educativos mediocridad de la por franca superioridad la ciencia de al en y el la el industria. convocó a una reunión nacional de gobernadores norteamericanos. George Bush. sobre todo. con el paso del tiempo la atención del público se volcó sobre otras cuestiones. donde el presupuesto en esta área alcanza 40%. Sin embargo. por mucho que se quiera. El cuerpo del texto no es menos chovinista que esta introducción. Descubrió varias partículas elementales. como sucede a menudo. estatal y local son. pedagogía. E N 1983 LA COMISIÓN NACIONAL para la Excelencia Educativa de Estados innovación tecnológica boy estamos siendo competidores que que nuestra amenaza los todo Tenemos de que decirle pueblo están futuro norteamericano fundamentos sociedad nuestro sufriendo erosión por una ola creciente de como nación y como pueblo. Pero. Su llamado a actuar se convirtió en tema de las primeras planas en los periódicos en medio y fue de durante las siguientes intensamente. En ella se establecieron metas ambiciosas que deberían lograrse hacia el año 2000. muy poco se ha hecho para empujar el centro de masa de una empresa que incluye unos 50 000 000 de estudiantes y dos millones de profesores. No es posible exagerar las carencias de los profesores de las escuelas primarias en cuanto a la enseñanza de las matemáticas y las ciencias. los profesores japoneses pasan casi la mitad de su tiempo desarrollando los actividades currícula y colegiales. semanas discutido acusaciones. En mejorando Unidos. En vez de limitarse solo a impartir la clase. la zoología. en 1893. el estilo y contenido tanto de las cátedras como de los laboratorios estaban diseñados fundamentalmente para el postgrado. no lucrativo. Hace aproximadamente cinco años comencé a relacionarme con un grupo de universidades a fin de organizar una nueva tarea en Chicago. los insectos y los árboles. un método introducido por el reformador de la educación suizo Johann Heinrich Pestalozzi a principios del siglo XIX. en particular los grandes sistemas viven hecho. ayuda y apoyo externos son cruciales. ¿No suena esto familiar? experiencia. impuestas por los currícula de las escuelas de postgrado. el comité señalaba: Todas las materias que contempla el nivel secundario deben enseñarse de la misma manera y con la misma profundidad a todos los alumnos hasta el final. La intervención. que consistía en poner en marcha un programa privado. Así. puedo entender perfectamente el pesimismo que comparte la mayoría de la gente sobre de el futuro de las escuelas que dan De Asimismo. como son la tecnología. mineralogía e ingeniería. sin importar qué carrera sigan o en que momento su educación concluya o se interrumpa. un Comité de los Diez nacional estableció criterios para enseñar ciencia en las licenciaturas que redujo la influencia de las escuelas de postgrado. en y educación de pública servicio a la mayor parte de los niños que inferioridad luego de condiciones. La crisis en las escuelas tiene su historia y tal vez si revisamos esa historia podamos entender la manera reforma. En la década de los sesenta surgió en Estados Unidos un movimiento revolucionario educativo con el fin de promover la enseñanza a través de objetos. En el fondo el temor era que el niño citadino no tuviera la oportunidad de conocer que la leche venía de la vaca. la planimetría. La industria requería de una fuerza de trabajo que no solo pudiera leer y comunicarse sino que estuviera capacitada en temas prácticos de la ciencia. el profesor ofrecía o les mostraba a los niños objetos reales con los que podían experimentar y llevar a cabo sus propias observaciones. En su informe. ¿No les suena esto los estudiantes y desenfatizar la memorización de sucesos. alrededor de 1850 a norteamericanas. también? En 1890. La enseñanza a través de objetos buscaba desarrollar el pensamiento de de llevar a buen término dicha Por esa época la ciencia en las licenciaturas estaba dominada por las necesidades. mi aquilatar propia industrialización de Estados Unidos llevó a la creación de un sistema público universitario. los primeros en adentrarnos en la reforma educativa. las flores. No somos. dentro del sistema de educación 112 .CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ mi caso personal. El ANTECEDENTES HISTÓRICOS movimiento de Cornell hacía hincapié en los pájaros. y luego de haber pasado los últimos cinco años inmerso en la reforma educativa. desde luego. en la Universidad de Cornell nació un movimiento en favor del estudio de la naturaleza que surgió como una reacción en contra de la reciente urbanización de Norteamérica. mecánica. concluyo que las escuelas no pueden aliviar sus problemas por sí solas. CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ Una vez más, ¿no les parece haber escuchado esto antes? A principios del siglo XX, H.G. Wells, el connotado novelista, historiador y futurista inglés escribió: "Cada vez más el futuro de la sociedad es una carrera entre la educación y el desastre." En general, los esfuerzos para reformar la educación científica en Estados Unidos han tenido su mayor impulso después de una guerra. El ejemplo más espectacular fue el famoso informe "Ciencia, la frontera sin límites", preparado en 1945 por Vannevar Bush, director de la Oficina de Investigación Científica y Desarrollo durante la administración de Franklin D. Roosevelt. El informe de Bush describía la educación científica como componente esencial de una nueva relación entre el Estado y la comunidad científica y tecnológica. Hacia mediados de los cincuenta, parte de la actividad posterior a la guerra dedicada a reformar empezado la a educación científica aunque había hacia desvanecerse, La ciencia es un proceso de observación, medición y síntesis. Esa adoptada educativos en muchos interactivos secuencia de los sobre ha sido más programas ciencia establecer de manera natural nexos entre nuestro esfuerzo en TAMS con la ciencia misma. Si pienso en el futuro de la educación científica y la ciencia, me resulta imposible olvidar que los niños aprenden sobre el mundo de la misma manera que los científicos conocen el mundo. Esto es mucho más que una metáfora, así que trataré de ser más específico. . reconocidos. Lo que los científicos observamos y lo que decidimos medir está determinado por lo que ya sabemos y por lo que creemos entender. El aspecto creativo viene ligado al desarrollo de intuiciones y, más tarde, al reconocimiento de los prejuicios que limitan esas intuiciones, lo cual es muy similar a la manera el gran como proceden los de niños al desarrollar sus exploraciones. Consideremos descubrimiento Galileo inmortalizado por Newton como la primera ley del movimiento: un cuerpo aislado permanecerá puede en movimiento algo eternamente. contrario a ¡No la haber menos 1957 el éxito del Sputnik t soviético se convirtió en un fuerte acicate. Recuerdo que muchos de mis colegas y profesores dedicaron parte de su tiempo de investigación a escribir espléndidos libros de texto para el nivel de licenciatura en todos los campos de la ciencia. Con el paso de los años el impacto de estos libros disminuyó porque sus autores volvieron a tomar la regla del cálculo y volvieron a dedicarse a sus investigaciones, dejando de lado la revolución que habían iniciado. LA NUEVA PEDAGOGIA intuición! El acto creativo de Galileo consistió en comprender que la intuición ordinaria es insuficiente porque en la experiencia ordinaria los objetos nunca están aislados; en nuestro mundo las esferas dejan de rodar, las carretas tienen que ser jaladas por caballos si queremos que sigan su camino. Pero la intuición profunda de Galileo atisbó la simplicidad de la ley que gobierna los cuerpos en movimiento; su conjetura genial consistió en proponer el movimiento perpetuo en caso de que uno pudiera aislar el cuerpo. Así que pulió la piedra y la madera, y demostró que la primera llega más lejos. Si bien sabía que no habría de lograr un completo aislamiento se Como científico comprometido no puedo con dejar la de educación científica 113 CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ acercó lo suficiente como para detectar la simplicidad que había en el fondo. Pero Galileo también tuvo que enfrentar una poderosa tradición. En el siglo XVII el sentido común indicaba que el reposo era el estado natural de las cosas. Así lo había dicho Aristóteles casi 2 000 años antes, y así era... hasta que Galileo intuyó una nueva idea. Pero durante los últimos 300 años Galileo y sus seguidores han insistido en que los científicos deben desarrollar nuevas intuiciones si quieren conocer cómo funciona el mundo. Ahora citemos al psicopedagogo Howard E. Gardner, de la Universidad de Harvard, quien en 1994 escribió: Sostenemos que durante los primeros años de vida los niños conciben teorías ¿CUÁL ES UNA BUENA ESCUELA? Cualquiera que haya pasado algún lucha por mejorarlas puede tiempo por extremadamente poderosas o conjuntos de creencias sobre la manera en que el mundo funciona, teorías de la mente, de la materia, de la vida... Estas teorías se arraigan con tal fuerza en la mente humana que resulta muy difícil erradicarlas en favor de un punto de vista más vasto y veráz, que ha costado tanto trabajo construir en todas las disciplinas científicas. Lo que Gardner dice a propósito de los niños puede decirse de los graduados de Yale, de los congresistas, de los jueces... Sustituir los conceptos erróneos con que los niños llegan a las aulas es el arte de la educación científica. Los niños necesitan tanto como los científicos tener experiencias que modifiquen su intuición, y así como los científicos buscan acceso a artefactos tales como un sincrotrón, un espectrómetro de masas y un acelerador de partículas, los niños requieren la oportunidad de utilizar sus pro La convicción de que los niños, sin excepciones, pueden aprender aunque lo hagan de manera distinta. Un ambiente atento, personal, considerado y respetuoso de los niños y de los adultos. Una misión educativa en la que participe toda la comunidad escolar. Un conjunto claro de prioridades que coloque las necesidades de aprendizaje de los niños en el centro de todas las trabajando en muchas escuelas sabe que la parecer momentos imposible. Lo hace particularmente frustrante el que todo mundo sabe lo que se necesita que para que con una escuela funcione por mejor; las buenas escuelas existen y todos los trabajamos TAMS sabemos experiencia propia cuales son las virtudes comunes en todas ellas: Mientras más se pule la piedra y se alisa la tabla, la piedra irá cada vez más allá. En la medida que los niños acumulen ejemplos, la ciencia empezará a cristalizar como forma de pensamiento. Pero no nos confundamos: el proceso es difícil y lento. Para cambiar las formas de pensamiento de los ninos se debe cambiar la forma de pensamiento de los profesores. Incluso entre aquellos que adoran a los niños y aman la enseñanza el reto es grande: se trata, literalmente, de un cambio en la cultura de la enseñanza. El papel de los científicos en esta tarea debería resultar obvia. Es esencial nuestra participación. pias manos, de participar en su pequeña comunidad: con el propósito de enfrentar diestramente el proceso de experimentación. 114 CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ actividades. Grandes expectativas para todos, niños, profesores, padres y autoridades Un profesorado y competente, según bien su adiestrado remunerado durante tres años. En promedio, han recibido destreza individual, que tenga tiempo para la interacción en la escuela y el desarrollo profesional. Los profesores deben ser alentados a tomar decisiones con base en juicios razonables. Saber y la de antemano que existe una la los colaboración entre la escuela, los padres comunidad las local incluyendo y industria, universidades laboratorios del área. En los últimos cuatro años hemos aprendido que incluso en la más conflictiva de las escuelas urbanas hay cariño por los niños y pasión por la enseñanza. Si se les ofrece a los profesores la oportunidad de mejorar, la respuesta es abrumadoramente entusiasta. En TAMS lo cotidiano es con práctico, base en especulativo, interactivo, 120 horas de instrucción en ciencia 140 horas en matemáticas y más de 140 horas de cuidadosa supervisión pedagógica. Por suerte, tan solo nos restan 1420 escuelas y 14 000 profesores! Cambiar la cultura nunca ha sido facil. El que se requiera mucho tiempo y esfuerzo (y dinero) no debería sorprender a las agencias patrocinadoras, iniciado en pero Chicago así sucede. Hemos se calculado que para mantener el programa probablemente requiera una inversión de entre 3 000 y 4 000 dólares anuales por cada profesor a lo largo de tres o cuatro años. Ese gasto incluye los es ayudarlos a encontrar las costos necesarios de reunir a todos los grupos importantes de que en tengan una e interés en la no que educación. El total es equivalente a la cuota inscripción por universidad inexplicable excesivamente cara de Estados Unidos. Sin embargo, curioso parezca, una de las frustraciones de nuestra labor ha sido la dificultad de obtener recursos para mantener el programa. métodos de cuestionamiento y aprendizaje cooperativo, en suma, estamos hablando del enfoque constructivista. Al profesor se le enseña a admitir que no conoce todas las respuestas a las preguntas que los niños formulan. Su papel respuestas. Los estudiantes trabajan en equipos y aprenden unos de otros. Toda nuestra capacitación al magisterio se realiza en horas de labores; se capacita a los profesores de tiempo completo durante las horas de clase y los fines de semana, en las tardes y durante el verano. En los últimos cuatro años hemos incorporado 72 escuelas y 3 200 profesores a nuestro programa, y algunos de ellos han estado con nosotros 115 Esto también vigoriza a los cuerpos docentes de tal manera que el nuevo estilo de enseñanza contagia a otras materias y trae consigo tecnología que puede mejorar la eficacia del profesorado. Encontrar personal de primera llevar estas puede y convertirse proceso largo y tengan visión. digamos. más estrictas. no solo los científicos educadores y las autoridades educativas. reguladores sindicatos y la burocracia en general pueden 116 . consejos escolares y los grupos comunitarios. Una intervención afortunada en el sistema educativo requiere el apoyo. sistemática.CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ INDICIOS ALENTADORES Y OBSTÁCULOS ¿Funciona el programa? iSi! Los profesores están muy satisfechos y cuando ha sido bien administrado genera un proceso de aprendizaje intenso y gozoso. Necesita el liderazgo de superintendentes que sepan desempeñarse ¿Cuáles son los principales obstáculos de la reforma educativa? Ya he mencionado la dificultad para obtener financiamiento. Esto va de la mano con lo que parece ser una imposibilidad de sostener lo suficiente estos programas (que tienen su costo) destinados a intervenir para y regenerar a en cabo un la cultura tareas de la enseñanza. en la ciudad de Nueva York? Una vez más. podría empezar a regenerar lo que alguna vez fue un esplendido sistema de escuelas públicas en el país. sino también los futuros empresarios públicos y privados. pues administra 1 017 escuelas públicas. el aliento y el compromiso de todos los que rodean al profesor: director. Hay que aprender a colaborar en medio de obstáculos recurrentes a una reforma centrales educación. por ejemplo. un interés Requerirá en los durante mucho tiempo la atención de todos aquellos tienen resultados. que provienen que de Washington. si. problemático. ¿Podría funcionar éste programa en otras partes. desde los donde pues se las oficinas la los administra estatales. en 25 ciudades. a fin de que adopten las nuevas normas. se supone que un programa de esta naturaleza multiplicado con estilos y variantes apropiados. El centímero de estudiantes en el sistema escolar de Nueva York es dos veces y medio más grande que en Chicago. exige la colaboración de los administradores tanto de la escuela pública como funcionarios estatales. No obstante. padres de familia. Pero no es posible desestimar las dificultades. las universidades tendrían una matrícula robusta por sí misma y sin maquillaje que. de hecho. La intervención del exterior es esencial. debe seguir brindandose el apoyo hasta que sea evidente que la reforma esta funcionando. Por ello debemos ser persistentes. ¿Quién puede intervenir? Me parece que una sociedad de universidades y del sector privado. en vez de abuchearnos estará dispuesta a construir estatuas a los rectores y a los decanos. incluso si supiéramos cómo. Al fin y al cabo. a todos aquellos que están interesados en la educación. de manera tal que comprometa a los padres. Asimismo. desgracia. solo nos queda maravillarnos de la lentitud con que ha cambiado la educación que reciben los propios docentes. determinados y conservar el humor. Traducción: Carlos Chimal 117 .CRISIS EN EL AULA________________________________________________________ ser lentos y terriblemente frustrantes. debo subrayar una vez más que nuestro sistema educativo no puede resolver solo su futuro. aún está pendiente en Estados Unidos y hay mucho que hacer por el lamentable estado de las cosas. a la comunidad y. Sobre todo. En la actualidad. a cambio. debe ser evolutiva y sistemática. pocos rectores se ocupan de la educación preuniversitaria. pero un esfuerzo sostenido por las universidades podría mostrar resultados. si antes como no una se considera Por verdaderamente prioridad. Sólo que entonces una el apoyo sólida financiero y razonable será ha políticamente inevitable. No creo que podamos aumentar ese ritmo en la escuela pública. No es la primera vez reforma abortado en forma prematura. con Europa Central. con sólo 118 . no preguntamos por qué los cables se mantienen fríos ni por qué no empiezan a quemarse. Las explicaciones subsecuentes dependen del sistema escolar específico y se relacionan. Utilizamos el teléfono. no de las lecciones de la escuela. Se ha dedicado al estudio de la enseñanza de las ciencias. Y APRENDIZAJE Conocimiento de la ciencia en la vida cotidiana. El sin y saber nada sobre su Por construcción funcionamiento. conductor no necesita conocimientos de termodinámica. Cuando nos transportamos como pasajeros en un avión no requerimos conocer los sistemas técnicos. EL PROBLEMA DE CONOCIMIENTO 2. Con frecuencia la gente piensa que un use del conocimiento científico adecuado nos ayudar a a dirigir mejor nuestro mundo. pero no un oponente de la tecnología". Por tanto. Esto puede explicarse con algunos ejemplos: Sabemos que ahorramos combustible si bajamos la temperatura de los termostatos en las habitaciones. de acuerdo con mis conceptos afirmo: "Soy un crítico. Así. Sabemos que debido al use abundante de combustibles fósiles. pero no un oponente de la enseñanza de la física". MACHOLD ocasionar cambios peligrosos en el clima. Otro ejemplo sencillo: Al usar una estufa eléctrica sólo queremos que se caliente. la radio y la televisión sin enteramos cómo nos llega la información. Sólo quiero afirmar que hemos adquirido gran parte de este conocimiento a través de nuestras experiencias. el contenido de CO2 del lo aire cual aumenta puede continuamente. La gente utiliza muchos instrumentos de su alrededor ejemplo: Usamos el automóvil sin necesidad de entender el complicado proceso que se lleva a cabo dentro del motor. E L GRAN FÍSICO MAX BORN dijo alguna vez: "Soy un crítico.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ ¿VALE LA PENA ENSEÑAR FÍSICA? DOLF K. Instrumentos técnicos en la vida diaria. Sabemos que un vehículo requiere más espacio para detenerse en un camino mojado o con hielo que en uno seco. tan altamente mecanizado. discutir Pedagogo de la Hochschule Weingarten de la ex República Federal de Alemania. Todos estos ejemplos tienen algo en común: en nuestro mundo civilizado usamos muchos instrumentos técnicos con éxito. Me refiero a la crítica como una contribución constructiva para mejorar los hechos actuales. Hasta en aquí en no la necesitamos de moral si vida están términos nuestros actos basados en el conocimiento del bien y la verdad. entre otros. aprendidos a través de muchos años y bien probados. Esta discrepancia ocasiona un conflicto para los estudiantes: abandonar sus viejos conceptos. La persona que oye las palabras enseñar física y recuerda sus días de escuela. El enfoque cuantitativo. Los estudiantes creen que estos conceptos han sido probados y que son correctos. Razones acuerdo concluirse para con aprender lo física. Una de ellas es la sustitución de conceptos cotidianos (imprecisos e incorrectos según los físicos) por conceptos científicos. problemas de maigual temáticos que se encuentran detrás de estas relaciones. con frecuencia no se que aprender física en la escuela. LAS DIFICULTADES ESPECIALES DE LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA de de trata de la de física un no es la conocimientos. Por tanto. Puesto que el tema es tan extenso. Esto es correcto si pensamos en las clases de la escuela secundaria. pues en ella se pretende que el alumno los entienda y aborde que se cuantitativamente fenómenos trata de los mismos conceptos que emplean los físicos o los maestros de física. la implicación principal de la enseñanza adquisición bien se intensivo de la vida. De discuten. Esto último. Como ejemplo tenemos los procesos naturales (las estaciones o el clima) y la función de los instrumentos (desde una llave de tuercas hasta la televisión o la cámara de video). Aunque es imposible discutir en la escuela los detalles de correlaciones técnicas complicadas. que contradicen parcialmente su propia experiencia. Sin embargo. Conceptos cotidianos. La las desventaja relaciones de este enfoque en en la de enseñanza es que enfatiza desde temprano cuantitativas. En la mayoría de los casos no es posible entender su funcionamiento porque resulta complicado. o aceptar las nuevas ideas.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ saber manejarlos de la manera correcta. los alumnos requieren de esas fórmulas para resolver Necesitan cuantitativas así como anterior. sin embargo. los estudiantes obtienen valiosos resultados educativos cuando comprenden las leyes fundamentales de la naturaleza y aprenden sus consecuencias. está más ligado a las matemáticas que a la investigación de las leyes naturales. 2. habiendo usado la tecnología. sin embargo. resultaría podría inútil problemas de un de gran las dificultad. Estos conceptos necesitan tiempo para desarrollarse. lugar introducir ideas fundamentales. Podría decirse que los estudiantes saben bastante y pueden aplicar estos conocimientos. 3. reconocer Finalmente. Desde pequeño el estudiante ha desarrollado conceptos cotidianos gracias al entorno y a la gente que lo rodea. aunque importancia. no entienden todo lo que han aprendido. más aprendizaje cognitivas habilidades que puedan aplicarse a otros campos 1. se encuentra el manejo rápido de problemas matemáticos. hay buenas razones para enseñar física. Desafortunadamente. El maestro de física puede triunfar sólo si conoce los conceptos cotidianos de sus 119 . Otra razón es aprender y entender los métodos cognitivos aplicados a la física. relaciones especial y reconocer problema los combinar con habilidad una relación con otra. por lo general piensa en muchas fórmulas y cálculos interminables. El maestro descubre este peligro posteriormente. los alumnos con frecuencia no entienden por que el maestro enseña como lo hace. Sin lenguaje no se puede aprender. 4. La consecuencia es que la instrucción en física solo produce un efecto de corta duración en el pensamiento científico de los estudiantes. ` 3. El maestro no tiene alternativa. Formación de conceptos. pero quien no lo es encuentra aún más dificultades para entender este lenguaje. Los alumnos empiezan a entender los conceptos de física a través de su experiencia con el entorno. puesto que es posible interpretar los resultados de diferente manera. A fin de llegar a una idea bien fundamentada sobre las mismas. Así los conceptos no se aprenden aisladamente sino unidos a la teoría. características importantes y constantes de los cuerpos. Así puede mejorar sus clases de física. Como consecuencia de esta dificultad fundamental. deben tenerse algunas ideas previas sobre lo realmente importante. además de que los adultos piensan distinto que los alumnos. El razonamiento de un físico difiere del razonamiento de quienes no son expertos. En la escuela deben distinguir entre las características apariencias. los físicos usan el mismo método. Las palabras carecerían de contenido. por lo que. generales Reconocer y sus las múltiples El alumno tiene problemas posteriores para estructurar los conceptos que ha aprendido. Un físico que pretende encontrar una ley de la naturaleza ignora todo factor que interfiera. razonable. puesto que los conceptos cotidianos han formado parte de su pensamiento durante mucho tiempo y todavía siguen vigentes para ellos. Los especialistas pueden comunicarse en forma breve y precisa. la electricidad. El lenguaje técnico constituye otro problema. Los conceptos cotidianos con previamente los que se adquiridos compiten aprendieron en la clase de física. Esta comprensión puede alcanzarse a través del conocimiento del contexto total de la física. Por eso los estudiantes no ven en la la necesidad Esto de es cambiar sus conceptos fundamentales por los recién aprendidos clase. Ni siquiera los experimentos logran probar las teorías que compiten. entonces. éste puede evitarse de antemano. así como los principios que están detrás de los pequeños detalles constituye una dificultad fundamental. estados o procesos. es muy difícil hacer correcciones. Al introducir a un alumno en un nuevo campo científico -por ejemplo.el maestro utiliza términos del lenguaje común en un sentido totalmente distinto. La teoría en su totalidad es mucho más que el resumen de todos los conceptos conexiones aislados. laterales Existen que muchas unos combinan conceptos con otros. 120 . El lenguaje.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ alumnos y los toma en cuenta para sus clases. Si se reconoce la posibilidad de un malentendido. adaptan el problema a las condiciones de los principios generales. pues las teorías cotidianas a veces son incompatibles con las teorías de física. concentrándose en el caso ideal. El camino que conduce al desarrollo de los conceptos físicos está basado esencialmente en la decisión con respecto al campo común que comparten las características. pues la creación de palabras nuevas ocasionaría que el alumno entendiera aún menos. Para llevar a cabo sus cálculos. Por tanto. LA PROPUESTA DE WAGENSCREIN Estas plataformas arregladas en forma de escalones son el inicio del método genéticoejemplar. Los estudiantes tendrían que familiarizarse con estas plataformas y entenderlas muy bien. Si solamente se redujera la temática. d) Currículum con una método de entrada posibilidad plataforma desde afuera. el resultado sería un programa de estudio diluido sistemáticamente. El a) método El genético-ejemplar sistemático. c) diluido. presenta ésta terminología técnica demasiado aprisa. Un paso inicial sería un programa sistemático Figura 1. capacidad de ejecución en vez de producir un efecto pedagógico. A fin de superar esta dificultad debemos primero considerar la manera típica de enseñar física. Wagenschein piensa que las clases de física deben educar a todos los alumnos y no solamente enseñar física para tratar de producir físicos jóvenes. Wagenschein compara éstas plataformas con islas en el mar. Necesitan bastante tiempo para aprenderla. Esto es también un requisito para el maestro de física.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ Esta experiencia la vivimos todos cuando leemos las instrucciones para usar un instrumento nuevo y no entendemos la terminología técnica. de b) Wagenschein. quien no solo debe saber física. Sólo alcanzan a aprender las fórmulas y a aplicarlas. La introducción del lenguaje técnico puede hacerse después gradualmente. sino el espejo del todo. Esto implica que al principio el maestro debe tratar de usar el lenguaje de los alumnos para explicar todos los problemas. 121 . ejemplar con currículum con plataformas (figura lc). Lo anterior (figura lb) reduce las dificultades pero no las soluciona. eso ocasiona que las clases incrementen la Wagenschein reconoce desde luego que una plataforma no es suficiente para enseñar toda la física. Curriculum plataforma. (figura ld). sería ideal adquirir las principales leyes de la ciencia por medio de la discusión de un problema universal con los alumnos La propuesta de Wagenschein se basa en lo siguiente: los programas de la materia incluyen demasiados temas y en consecuencia los alumnos no pueden entender todo el contenido de las clases. a lo cual Wagenschein llama "valor para separar". donde los alumnos aprenden sistemática y precisamente una parte de la física detrás de otra. En este caso la plataforma no es un escalón. sistemático c') El Currículum genético a cada sistemático con plataformas. sino que básicamente debe ser un educador. El fondo de esta propuesta es la forma en que los jóvenes miran la naturaleza: la consideran en su totalidad. Todo lo que se halla entre las plataformas desaparece hacia el fondo. no en partes aisladas como lo hace un físico. semejantes a puntos de descanso que permiten navegar de un puerto seguro a otro. Lo mismo le sucede a los estudiantes cuando se les. se necesitan muchas. sino a una imagen del todo. Luego pueden enseñarse los principios comunes. pero no es necesario alcanzarlas de manera 4. El método genéticoejemplar contiene muchas plataformas. sin propia considerarse primero su construcción y su función. El segundo modo es por supuesto el mas difícil.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ 1. 2. La Luna no es un disco. pero también el más provechoso. Puede encontrarse una respuesta fácilmente cuando el maestro observa la Luna y su posición con respecto al Sol durante varias semanas. sino el proceso más complicado La plataforma tiene un punto característico> Cada plataforma no equivale a un escalón del currículum sistemático. La consideración cualitativa es la mas importante. debe entender perfectamente el caso individual. embargo. Tratar el fenómeno natural primero y luego el del laboratorio. Wagenschein siempre se negó a crear un currículum para el método genético ejemplar. mientras que en el nuevo sistema se trata de averiguar cómo está construido. En lo referente a aparatos deben progresiva. No siempre introducir primero el hecho sencillo y luego el más difícil. quería proponer un método fundamental para mejorar la función educativa de la enseñanza de. 7. Cada maestro de física debe desarrollar adecuado el para método su genético-ejemplar situación. Wagenschein apuntó las siguientes reglas para su método: 122 . pues: contribuye a la educación. 5. una investiga varias partes de la física Al usar este método el maestro de física trata de dirigir al alumno hacia una comprensión inductiva de la 6. Esto conduce a los alumnos a ver los problemas que se discuten dentro de una red de conexiones mayores. Si se compara la sistemática de la física con un edificio de grandes dimensiones. Puesto que las plataformas abarcan un amplio problemas. 1 . sino una esfera que sistemática de su materia. En el primer caso los alumnos registrarían tal vez sólo los resultados.¿ Qué está más lejos de la Tierra: el Sol o la Luna? Esta pregunta es parte de un currículum cualitativo de astronomía. El alumno. seguida por la cuantitativa (matemática). Los estudiantes conocen las fases de la Luna. El fenómeno debe presentarse primero. observan la superficie de la Luna (con un pequeño telescopio) y logran entender lo que sabían los filósofos de la ciencia de la antigüedad. antes de enseñar las leyes científicas que los gobiernan. en el segundo harán importantes descubrimientos por sí mismos. 3. no al conocimiento. Describir primero todos los fenómenos en lenguaje común e introducir después poco a poco el lenguaje técnico. podemos decir que la enseñanza tradicional sería como visitar el edificio. A continuación aparecen algunos ejemplos para ilustrar las consideraciones que son importantes para Wagenschein. El orden de enseñanza de los problemas no es fijo. seguido por la explicación con un modelo o teoría. la ciencia. se puede llegar a cada una individualmente. se puede entrar a cada plataforma rango de desde el exterior cada (figura lc). La figura 2 muestra el principio: todo niño sabe que dejamos de ver la Luna cuando colocamos nuestro pulgar a la distancia correcta frente al ojo. ¿Qué tan lejos está la Luna de la Tierra? Esta pregunta la contestó de manera muy inteligente Aristarco de Samos (alrededor de 250 a. En vez del pulgar necesitamos una pequeña pelota de unos siete centímetros de diámetro. entonces solo un pequeño gajo está iluminado. se halla mucho más lejos de la Tierra que la Luna. usando el método de Wagenschein.¿VALE LA PENA ENSEÑAR FISICA?_____________________________________________ cuelga en el espacio y es iluminada por el Sol. 2. No es suficiente decir esto a los alumnos. por tanto.C. puesto que el Sol y la Luna parecen del mismo tamaño para un observador desde la Tierra). deben experimentarlo. 123 . Si sabemos que la Luna tiene la cuarta parte del tamaño de la Tierra (se puede llegar a este resultado observando un eclipse parcial de Luna) puede obtenerse la respuesta geométricamente. Entonces lo vean claramente: el Sol ilumina la Luna desde atrás. (De esto puede sacarse una conclusión adicional: el Sol debe ser mucho mayor que la Luna.). Esto es posible deducirlo sin hacer cálculo alguno y es un descubrimiento importante para los alumnos. Cuando se pone el Sol en el Occidente y la Luna puede ser vista en la misma dirección pero un poco más alto.