Docentes 9.o grado

Fase 2, semana 5: 11 al 15 de mayo

MINISTERIODE EDUCACIÓN

Ciencia, Saludy Medio Ambiente

Orientaciones pedagógicas

Material de apoyo para la continuidad educativa ante la emergencia COVID-19

1 | Ciencia, Salud y Medio Ambiente Orientaciones pedagógicas 9.o grado

Orientación sobre el uso de la guía

Esta guía contiene una propuesta de actividades secuenciales para que cada estudiante, pudiendo ser

auxiliado por su grupo familiar, construya su propio aprendizaje. Se incluyen vínculos a recursos de diverso

tipo, sugerencias de tareas y de evaluación. Usted tiene la libertad de hacer las adecuaciones pertinentes con

su grupo estudiantil o emplear la guía sin modificar; para ello, las notas docentes y la resolución de

actividades se presentan en gris claro.

A partir de lo anterior, evalúe las tareas plasmadas en los cuadernos de sus estudiantes cuando se reanuden

las clases presenciales. También puede solicitar fotografías de respaldo o crear directamente un aula virtual

con sus estudiantes.

A. Actividades

1. Aplicaciones del ultrasonido (tiempo estimado: 20 minutos)

• Lee el siguiente texto:

En la guía anterior se observó la clasificación del sonido en grave, medio y agudo, cada uno de ellos

comprendidos en un intervalo de frecuencias que en general se les llama sonido audible. A medida que

aumente la frecuencia respecto a la región audible ya no podría percibirse con el oído. Un aumento en

la frecuencia nos llevaría a la región llamada ultrasonido, comprendido en el rango de frecuencia de 20

000 Hz a 500 000 000 Hz; tiene sus aplicaciones tanto en la industria como en la medicina (ecografías).

Ahora, resuelve:

¿En qué rangos de longitudes de onda se encuentra el ultrasonido cuando se propaga a través de

la piel, sabiendo que en ese medio viaja a una velocidad alrededor de 1,540 m/s?

Solución:

Se utiliza la fórmula que relaciona la velocidad con la frecuencia y longitud de onda v = λf, se despeja

la longitud de onda λ = %&, se sustituyen los valores para cada una de las frecuencias y se obtiene:

𝜆( =()*+-//0++++12

= 0.077 𝑚 = 77 𝑚𝑚, 𝜆0 =()*+-//

)++++++++12= 0.00000308𝑚 = 0.308𝑚𝑚

El rango en función de longitudes de onda quedaría entre 0.308 mm y 77 mm.

Unidad 5. Ondas, luz y sonido Semana 5

Contenidos • Recepción de ondas sonoras• Naturaleza dual de la luz: reflexión, refracción y difracción

Indicadores de logro

5.5. Indaga y describe con interés el ultrasonido como un instrumento preciso y de gran ayuda en la medicina para las recepciones de ondas sonoras

5.6. Experimenta, valora y describe los beneficios de la reflexión, refracción y difracción de la luz a través de ejemplos cotidianos

Tareas propuestas

• Aplicaciones del ultrasonido• Comportamiento de la luz en el medio

• Experimentemos con la luz

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Un médico afirma que el ultrasonido se tarda más en hueso que en piel. ¿Estará en lo correcto el

médico, sabiendo que la velocidad del sonido en huesos es alrededor de 4,080 m/s?

Solución:

Se plantea la velocidad para cada uno de los casos (se tomará 1 para hueso y 2 para piel).

v( =9:;

v0 =9:<

Para ser comparables se necesitan que tengan el mismo recorrido (x), despejando x de cada una

de las ecuaciones anteriores:

v(t( = x v0t0 = x

Se igualan x de ambas ecuaciones y despejando cualquiera de los tiempos:

v(t( = v0t0t0 =

v(v0t(

t0 =4080m/s1540m/s

t(

t0 = 2.65t(

Por lo tanto, en huesos el ultrasonido se tardaría menos que en la piel. El médico no está en lo

correcto.

2. Comportamiento de la luz en el medio (tiempo estimado: 40 minutos)

• Observa el video 1, “Óptica”, y la “Lección 10: Óptica”, de la cual se anexa un extracto en la versión

impresa de esta guía.

• Ahora, resuelve:

¿Cuál es el rango de frecuencias para el espectro visible? Deja constancia del cálculo.

Por ser ondas electromagnéticas, la velocidad de propagación es la de la luz que se representa

con la letra c y tiene un valor aproximado en el aire de: 300 000 000 m/s. Además, siempre se

cumple la relación entre la velocidad, frecuencia y longitud de onda, similar a las ondas

mecánicas, en este caso sería c = λf; para obtener la frecuencia sería: f = GH; para cada extremo de

las longitudes de onda sería:

𝑓( =𝑐𝜆(=300000000𝑚/𝑠

450𝑛𝑚=

3𝑥10N𝑚/𝑠450𝑥10OP𝑚

= 6.67𝑥10(*𝐻𝑧

𝑓0 =𝑐𝜆0=300000000𝑚/𝑠

750𝑛𝑚=

3𝑥10N𝑚/𝑠750𝑥10OP𝑚

= 4.00𝑥10(*𝐻𝑧

El rango en función de la frecuencia sería entre los 4.00x10(*Hz y 6.67x10(*Hz.

¿Qué pasa con la luz luego de incidir sobre una superficie lisa?

Se refleja de manera simétrica, quiere decir que si la luz incide a cierto ángulo será reflejada con

el mismo ángulo.

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Supón que compras una hoja de papel verde sólido en una librería y le haces incidir una luz roja

y otra azul, al mismo tiempo. Físicamente hablando, ¿de qué color se vería la hoja?

De ningún color (negro), debido a que absorbería los colores incidentes.

Explica cómo se origina el fenómeno de difracción de la luz.

Se origina cunado la luz atraviesa una rejilla y esto hace que cambie su trayecto.

3. Experimentemos con la luz (tiempo estimado: 60 minutos)

• Desarrolla los siguientes experimentos (puedes auxiliarte de la Lección 9: Ondas mecánicas o de

su extracto que se anexó en la versión impresa de la guía anterior, semana 4).

• Experimento 1: el vaso y la flecha.

Materiales:

Un vaso transparente, un plumón, una regla de 20 cm, agua y una hoja de papel bond.

Procedimiento:

− Dibuja en la hoja de papel bond una

flecha que apunte hacia la izquierda (uti-

liza el plumón).

− Coloca el vaso en una mesa y atrás del

vaso ubica la flecha pegada al vaso.

− Luego, la mueves lentamente alejándola

del vaso, como se ve en la figura 1.

− Mueve la hoja de papel bond aproximad-

amente 15 cm del vaso. Hazlo lenta-

mente. Anota en tu cuaderno lo obser-

vado.

Figura 1: Montaje experimental, vaso sin agua

− Ahora, llena el vaso con agua, como se

muestra en la figura 2.

− Mueve lentamente la hoja de papel bond

(hasta aproximadamente 15 cm) y ob-

serva la flecha; realiza tus anotaciones.

• Ahora, responde:

− ¿Cuál es la diferencia de trabajar entre el

vaso con agua y sin agua?

− ¿A qué se deben los fenómenos obser-

vados?

Figura 2: Montaje experimental con el vaso de

agua

La diferencia entre ambos casos es que el agua, por ser diferente al aire, refracta la luz incidente.

Por ello, la flecha en el segundo caso aparece invertida (apunta a la derecha).

Lo observado se asocia al fenómeno de la refracción.

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• Experimento 2: imágenes formadas por dos espejos planos.

Materiales:

Dos espejos planos (de preferencia rectangular y con dimensiones de 20 cm x 10 cm; si no tienes

espejos, puedes ocupar dos celulares con su cámara frontal), cinta adhesiva (tirro), un

transportador y un vaso de color.

Procedimiento:

− Primero, une los espejos por sus laterales.

− Luego, coloca cinta adhesiva al reverso (se pretende hacer

una bisagra entre ambos espejos).

− Coloca los espejos abiertos sobre el transportador (trabajar

en una mesa).

− Posteriormente, ubica el vaso a una distancia de 15 cm del

centro formado por los espejos y el transportador. El montaje

podrías hacerlo similar a como se muestra en la figura 3.

Figura 3

• Después de realizar el montaje, completa la tabla que se muestra a continuación y responde:

¿Qué pasa con las imágenes a medida se

cambia el ángulo a menor escala?

Cuando el ángulo disminuye, la cantidad

de imágenes aumentan.

¿Cuál es la relación que tienen las

imágenes en función del ángulo?

La relación que existe que tienen las

imágenes en función del ángulo es una

proporción inversa.

Número de imágenes en función del ángulo entre dos espejos

Ángulo Cantidad de imágenes

180° 1

120° 2

90° 3

72° 4

60° 5

45° 7

10° 35

0° Indefinido

B. Recursos

• Video 1: “Óptica”, disponible en el enlace https://youtu.be/gPjt8-Xa8yw, también disponible por

franja de televisión abierta (consulta canales y horarios).

• Material de autoformación e innovación docente para Ciencias Naturales: FÍSICA. Páginas 162 a

164 y 172. Disponible en http://bit.ly/3b8qpoa, también se anexa un extracto en la versión impresa

de esta guía.

C. Evaluación

• Aplicaciones del ultrasonido: 20 %

• Comportamiento de la luz en el medio: 30 %

• Experimentemos con la luz: 50%

Extracto de Lección 10: Óptica. Material de Autoformación e Innovación Docente para Tercer Ciclo: FÍSICA

D. Anexo

1. REFLEXIÓN Muchas de las cosas que nos rodean no emiten luz por su propia cuenta. Son visibles porque reflejan la luz que llega a su superficie de una fuente primaria, tales como el Sol o una lámpara. Cuando la luz impacta sobre la superficie de un material puede regresar sin cambiar su frecuencia o es absorbida por el material y convertida en calor. Decimos que la luz es reflejada cuando regresa al medio del cual vino, a este proceso se le llama reflexión.

Ley de reflexión La ley de reflexión sostiene que el ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejado. La ley de reflexión es representada en la figura 1 por medio de flechas para describir la trayectoria de la luz. En vez de medir los ángulos de los rayos de incidencia y reflejado desde la superficie reflejante, se acostumbra medirlos desde la línea perpendicular al plano de la superficie reflejante. Esta línea imaginaria es llamada la normal. La reflexión producida por una superficie lisa es llamada reflexión especular. Los espejos producen excelente reflexión especular.

Reflexión especular y difusa Como se mencionó antes, la reflexión especular es producida cuando el rayo incidente choca con una superficie lisa; el rayo reflejado posee el mismo ángulo respecto a la normal que el rayo incidente (figura 2), respondiendo a la ley de reflexión.

Cuando la luz incide sobre una superficie rugosa o granulada es reflejada en muchas direcciones, a esto se le conoce como reflexión difusa (figura 3). La reflexión que sale de las paredes de una habitación es un buen ejemplo de reflexión difusa. La luz es reflejada de regreso a la habitación, pero no produce una imagen como en los espejos. La reflexión especular produce imágenes de espejo, mientras que la reflexión difusa no.

Figura 1: Esquema que ilustra la ley de reflexión

La luz reflejada por esta página es difusa. La página puede parecer lisa para una onda de radio, pero es rugosa para una onda de luz visible. Por tanto, el considerar una superficie como lisa o rugosa depende de la longitud de onda que se refleje en ella. Los rayos de luz que impactan esta página son reflejados en todas direcciones, lo cual nos permite poder observarla desde cualquier dirección o posición.

Cuando se viaja en carro por la noche, uno puede observar la superficie del camino debido a la reflexión difusa; pero cuando el camino se encuentra húmedo, la reflexión difusa disminuye, por lo que es más difícil observar la superficie del camino. Durante el día, si se está conduciendo y la carretera se encuentra húmeda, el vapor de agua que está surgiendo de la superficie de la carretera interfiere con las ondas que van desde el suelo a nuestros ojos, de tal forma que la imagen que percibimos en nuestros ojos no es muy clara como debería de ser.

Figura 2: A: esquema geométrico de la reflexión especular; B: imagen real de la reflexión especular

Figura 3: A: esquema geométrico de la reflexión difusa; B: imagen real de la reflexión difusa

2. REFRACCIÓN La luz viaja a diferentes velocidades en diversos materiales. Viaja a 300,000km/s en el vacío, a una velocidad levemente menor en el aire, y cerca de 3/4 de su velocidad en agua. En un diamante, viaja aproximadamente a un 40 % de su velocidad en el vacío. Cuando la luz se curva al pasar de un medio a otro, llamamos a este proceso refracción.

Es común observar que los rayos de luz curvan su trayectoria cuando se encuentran con vidrio o agua

Extracto de Lección 10: Óptica. Material de Autoformación e Innovación Docente para Tercer Ciclo: FÍSICA

(figura 4). Cuando se sumerge una cuchara dentro de un vaso con agua, pareciera que la cuchara se ha “quebrado” ya que esta no sigue la trayectoria que originalmente se cree debería de tomar; cuando la imagen que nosotros percibimos de la cuchara pasa de un medio a otro, en este caso particular de aire a agua, los haces de luz se curvan y la imagen real aparece desviada ante nuestros ojos.

La figura 5 muestra un esquema de cómo la luz se curva cuando pasa de un medio a través de un material en particular. En la figura 5A observamos cómo el haz de luz pasa del aire hacia el agua. El ángulo incidente es mayor que el ángulo reflejado.

Figura 4: La cuchara luce quebrada al ser introducida en el agua

En la figura 5B vemos cómo el haz de luz al pasar del aire a vidrio reduce su ángulo, pero al pasar de vidrio hacia el aire el ángulo con que se refracta aumenta y el haz que sale del vidrio es un haz paralelo a la trayectoria que originalmente llevaba el haz.

Para la mejor comprensión de los fenómenos ópticos que nos rodean, tanto la reflexión como la refracción deben ser aplicadas, puesto que en la realidad muchos objetos transparentes presentan al mismo tiempo tanto refracción como reflexión.

3. DIFRACCIÓN Al lanzar una roca al agua puede observarse un patrón de ondas que se forman en la superficie del agua; si la superficie del agua no posee ningún obstáculo, como por ejemplo una roca, uno puede observar que las ondas generadas al lanzar una roca son bastante circulares.

Figura 5: A: rayo incidente pasando a través del agua; B: rayo incidente pasando a través de vidrio y luego regresando al aire

Sin embargo, al encontrarse con un obstáculo la forma de estas ondas cambia y ya no se obtiene un patrón circular. La difracción es un fenómeno particular de las ondas, en el cual las ondas se curvan o sufren un cambio en su trayectoria cuando se encuentran frente a un obstáculo o una rejilla. La difracción se produce no solo con ondas de luz visible, sino que también con otras ondas electromagnéticas como las ondas de radio e incluso con las ondas sonoras.

En la figura 6 se muestra un ejemplo del fenómeno de difracción. Observamos que una onda plana (las líneas que forman el frente de la onda son rectas) se encuentra con el obstáculo de una rendija; cuando la onda pasa a través de la rendija, cambia la forma que tenía originalmente y se convierten en ondas un poco esféricas.

Figura 6: Efecto del cambio en la forma de la onda

cuando atraviesa una rejilla

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