Tomo 1: Ciencias Naturales

CIENCIAS NATURALES

1º 2º medio

GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE

EDICIÓN ESPECIAL PARA EL MINISTERIO DE EDUCACIÓN

PROHIBIDA SU COMERCIALIZACIÓN

TOMO 1

CIENCIAS NATURALES

Física 1º

medio

GuÍa didáctica del docente

tomo 1

Felipe Moncada Mijic Licenciado en Educación Profesor de Física y Matemática Universidad de Santiago de Chile Loreto Sanhueza Cid Profesora de Ciencias Naturales y Física Universidad de Concepción Magíster of Science in Science and Education University of Bristol, Reino Unido Pablo Valdés Arriagada Licenciado en Educación Profesor de Física y Matemática Universidad de Santiago de Chile Magíster en Educación de las Ciencias, mención Física Universidad de Talca

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La Guía Didáctica del Docente de Física 1.° y 2.° medio, es una creación del Departamento de Estudios Pedagógicos de la Editorial Crecer Pensando Escuela. Dirección editorial Pablo Valdés Arriagada Coordinación editorial Alejandra Maldonado Astorga Autoría Felipe Moncada Mijic Loreto Sanhueza Cid Pablo Valdés Arriagada Colaboración en la creación del modelo pedagógico Solange Gorichon Galvez Victoria Andrea Ruffinelli Vargas Corrección de estilo y pruebas Enrique Marchant Díaz Diseño y diagramación Equipo de diseño Editorial CPE Ilustraciones Carlos Urquiza Moreno Fotografías

Alamy Archivo editorial César Vargas Ulloa ESO Latinstock Shutterstock NASA

Coordinación editorial Alejandra Maldonado Astorga Producción Pablo Saavedra Rosas

Esta guía corresponde al Primer y Segundo año de Educación Media y ha sido elaborada conforme al Decreto Supremo N° 614/2013, del Ministerio de Educación de Chile. ©2017 – Editorial Crecer Pensando Escuela Ltda. – General Del Canto 105, oficina 1206 – Providencia. ISBN: 978-956-09428-1-4 / Depósito legal: 310633 Se terminó de imprimir esta edición de 7.703 ejemplares en el mes de diciembre del año 2019. Impreso por Quilicura impresores. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del “Copyright”, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público.

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Presentación

El material didáctico Ciencias Naturales Física 1° y 2° medio se estructura a partir del currículum oficial de Ciencias Naturales para estos niveles escolares y aborda la totalidad de los Objetivos de Aprendizaje (OA) establecidos en las Bases Curriculares para la Educación Media (Decreto Supremo de Educación N° 614/2013). Las estrategias didácticas que utiliza se fundamentan en las definiciones establecidas en las Bases Curriculares para la Educación Media. Además, en las habilidades del pensamiento, el aprendizaje profundo y el significativo y en desarrollo de las habilidades del siglo XXI. Este material está integrado por dos componentes: • Texto del estudiante • Guía didáctica del docente

El Texto del estudiante es el recurso donde se hace la transposición didáctica de los contenidos emanados del currículum oficial, considerando el nivel de desarrollo cognitivo de los jóvenes y el plan de estudio. La Guía didáctica del docente, por su parte, orienta el trabajo del profesor en el uso del Texto del estudiante, mediante explicaciones, sugerencias, actividades complementarias, profundizaciones didácticas y disciplinares, evaluaciones y material de apoyo técnico, entre otros.

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Índice TOMO 1

TOMO 2

Índice temático................................................................................. 6

Índice temático............................................................................118

Fundamentación didáctica de la propuesta.................. 8

Fundamentación didáctica de la propuesta.............120

Estructura de la guía didáctica del docente.................12

Estructura de la guía didáctica del docente..............124

Planificación semestral...............................................................14

Planificación semestral............................................................126

Planificación (unidad 1).............................................................18

Planificación (unidad 3)..........................................................130

Planificación (unidad 2).............................................................22

Planificación (unidad 4)..........................................................132

Unidad 1: Propósito y estructura de la unidad...........26

Unidad 3: Propósito y estructura de la unidad........136

Evaluación diagnóstica (unidad 1)......................................28

Evaluación diagnóstica (unidad 3)...................................138

Orientaciones y estrategias docentes..............................30

Orientaciones y estrategias docentes...........................140

Evaluación parcial (lección 1).................................................60

Evaluación parcial (lección 5)..............................................160

Evaluación parcial (lección 2).................................................61

Evaluación parcial (lección 6)..............................................161

Actividad de refuerzo..................................................................62

Actividad de refuerzo...............................................................162

Actividad de profundización..................................................63

Actividad de profundización...............................................163

Evaluación de unidad.................................................................64

Evaluación de unidad..............................................................164

Solucionario (unidad 1).............................................................66

Solucionario (unidad 3)..........................................................166

Rúbricas...............................................................................................68

Rúbricas............................................................................................168

Unidad 2: Propósito y estructura de la unidad...........70

Unidad 4: Propósito y estructura de la unidad........170

Evaluación diagnóstica (unidad 2)......................................72

Evaluación diagnóstica (unidad 4)...................................172

Orientaciones y estrategias docentes..............................74

Orientaciones y estrategias docentes...........................174

Evaluación parcial (lección 3).................................................98

Evaluación parcial (lección 7)..............................................198

Evaluación parcial (lección 4).................................................99

Evaluación parcial (lección 8)..............................................199

Actividad de refuerzo...............................................................100

Actividad de refuerzo...............................................................200

Actividad de profundización...............................................101

Actividad de profundización...............................................201

Evaluación de unidad..............................................................102

Evaluación de unidad..............................................................202

Solucionario (unidad 2)..........................................................104

Solucionario (unidad 4)..........................................................204

Rúbricas............................................................................................106

Rúbricas............................................................................................206

Glosario y bibliografía..............................................................108

Glosario y bibliografía..............................................................208 Anexos...............................................................................................212

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TOMO 3

TOMO 4

Índice temático............................................................................222

Índice temático............................................................................334

Fundamentación didáctica de la propuesta.............224

Fundamentación didáctica de la propuesta.............336

Estructura de la guía didáctica del docente..............228

Estructura de la guía didáctica del docente..............340

Planificación semestral............................................................230

Planificación semestral............................................................342

Planificación (unidad 5)..........................................................234

Planificación (unidad 7)..........................................................348

Planificación (unidad 6)..........................................................238

Planificación (unidad 8)..........................................................350

Unidad 5: Propósito y estructura de la unidad........242

Unidad 7: Propósito y estructura de unidad.............354

Evaluación diagnóstica (unidad 5)...................................244

Evaluación diagnóstica (unidad 7)...................................356

Orientaciones y estrategias docentes...........................246

Orientaciones y estrategias docentes...........................358

Evaluación parcial (lección 9)..............................................272

Evaluación parcial (lección 13)...........................................382

Evaluación parcial (lección 10)...........................................273

Evaluación parcial (lección 14)...........................................383

Actividad de refuerzo...............................................................274

Actividad de refuerzo...............................................................384

Actividad de profundización...............................................275

Actividad de profundización...............................................385

Evaluación de unidad..............................................................276

Evaluación de unidad..............................................................386

Solucionario (unidad 5)..........................................................278

Solucionario (unidad 7)..........................................................388

Rúbricas............................................................................................280

Rúbricas............................................................................................390

Unidad 6: Propósito y estructura de la unidad........282

Unidad 8: Propósito y estructura de unidad.............392

Evaluación diagnóstica (unidad 6)...................................284

Evaluación diagnóstica (unidad 8)...................................394

Orientaciones y estrategias docentes...........................286

Orientaciones y estrategias docentes...........................396

Evaluación parcial (lección 11)...........................................308

Evaluación parcial (lección 15)...........................................422

Evaluación parcial (lección 12)...........................................309

Evaluación parcial (lección 16)...........................................423

Actividad de refuerzo...............................................................310

Actividad de refuerzo...............................................................424

Actividad de profundización...............................................311

Actividad de profundización...............................................425

Evaluación de unidad..............................................................312

Evaluación de unidad..............................................................426

Solucionario (unidad 6)..........................................................314

Solucionario (unidad 8)..........................................................428

Rúbricas............................................................................................316

Rúbricas............................................................................................430

Glosario y bibliografía..............................................................318

Glosario y bibliografía..............................................................432

Anexos...............................................................................................322

Anexos...............................................................................................436

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Índice temático del Tomo 1 H

A • • • • •

Absorción del sonido, 51, 56 Alfabetización científica, 37, 44 Amplitud de onda, 36 Aprendizaje significativo, 8, 10 Arcoíris, 84

B • Binocular, 91

C • • • • • • •

Canal auditivo, 44 Ciencia, tecnología y sociedad, 54, 95 Colaboración y comunicación, 10 Compresión, 43 Contaminación acústica, 57 Córnea, 92 Curiosidad, 11

D • Difracción de la luz, 81 • Dimensiones del aprendizaje, 9 • Dispersión cromática, 85

E • • • • • • • • •

Eco, 51 Ecógrafo, 55 Efecto Doppler, 54, 82 Espectro electromagnético, Espectroscopio, 82 Espejo cóncavo, 87 Espejo convexo, 87 Espejo plano, 86 Espejos curvos, 87

F • • • • 6

Fibra óptica, 91 Filtros, 85 Frecuencia de una onda, 37, 49 Fuentes sonoras, 43

• Habilidades del pensamiento, 8 • Habilidades del siglo XXI, 8, 10 • Hipermetropía, 92

I • • • • •

Índice de refracción, 83 Infrasonido, 46, 55 Intensidad sonora, 49 Interferencia de la luz, 81, 85 Interferencia de ondas, 40

L • • • • • • • •

Lente convergente, 88 Lente divergente, 89 Lente, 88, 89, 90, 91 Lentes fotográficos, 91 Longitud de onda, 36 Lupa, 88, 90 Luz monocromática, 85 Luz, 74, 76, 77

M • • • • • • • • • •

Microondas, 93 Microscopio, 91 Miopía, 92 Modelo corpuscular, 77 Modelo corpuscular, 77 Modelo dual, 77 Modelo onda partícula, 77 Modelo ondulatorio, 77 Motivación, 30, 31, 75 Naturaleza de la luz, 77

N • Nervio óptico, 92 • Nivel de intensidad sonora, 49, 57

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O • • • • • • • • • • • •

Ocular, 90, 91 Oído, 44 Ojo, 92 Onda electromagnética, 35, 77 Onda estacionaria, 35, 48 Onda longitudinal, 34, 43 Onda mecánica, 35 Onda transversal, 34 Onda viajera, 35 Onda, 30, 32 Ondas de radio, 93 Ondas infrarrojas, 93

S • • • • •

Síntesis aditiva, 85 Sombra, 78 Sonar, 55 Sonido, 42 Superposición de ondas, 40

T • • • • •

Telescopio reflector, 87, 94 Telescopio refractor, 90, 94 Timbre sonoro, 48 Tímpano, 44 Tono de un sonido, 49

P • • • • • • • • •

Pensamiento creativo, 9, 10 Pensamiento crítico, 10 Pensamiento divergente, 10, 19 Penumbra, 78 Período de una onda, 36 Prisma, 84 Propagación rectilínea de la luz, 78, 79 Pulso, 32, 33, 34 Pupila, 92

U • Ultrasonido, 44, 55

V • Vibración, 42

R • • • • • • • • • • • • •

Radiación ultravioleta, 93 Rango de audición, 46, 47 Rapidez de la luz, 79 Rapidez de propagación de una onda, 37 Rapidez del sonido, 52 Rarefacción, 43 Rayos X, 93 Reflexión de la luz, 80, 86 Reflexión difusa, 80 Reflexión especular, 80 Refracción de la luz, 80, 83 Refracción, 38, 53, 80 Retina, 92

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Fundamentación didáctica de la propuesta El proyecto Ciencias Naturales Física 1° y 2° medio surge como una propuesta didáctica de enseñanza de las ciencias naturales en la Educación Media. Los pilares estructurales que subyacen en este proyecto son las habilidades de pensamiento y aprendizaje profundo, el aprendizaje significativo y el desarrollo de habilidades del siglo XXI. En articulación con esto y de manera transversal, el proyecto se construye en torno a otros ejes, como el papel de la curiosidad en el aprendizaje y las grandes ideas de la ciencia.

Habilidades de pensamiento y aprendizaje profundo Una de las principales metas de todo proceso de enseñanza-aprendizaje es que este último no se limite a la adquisición de conocimientos que luego serán reproducidos. Al contrario, se espera que los estudiantes integren lo que están aprendiendo a su estructura de conocimientos, para que luego sean capaces de utilizar este conocimiento, aplicándolo a diferentes situaciones y contextos. Ausubel desarrolló ampliamente esta conceptualización y acuñó el término “aprendizaje significativo” para referirse a aquel que resulta de relacionar activamente los conocimientos previos con los nuevos. Actualmente, la investigación en educación ha avanzado situando el foco en el logro de aprendizajes profundos. Este concepto retoma la idea de aprendizaje significativo, pues involucra el establecimiento de relaciones significativas entre los conocimientos previos y la nueva información. Pero va más allá, pues considera la profundización y la extensión de estos aprendizajes. Tal como explican Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras (2000), el aprendizaje profundo implica el dominio, la transformación y la utilización del conocimiento para resolver problemas reales. De acuerdo con estas mismas autoras, la comprensión profunda involucra ahondar en el conocimiento, estableciendo relaciones al interior de una disciplina, y extenderlo, realizando conexiones con otras disciplinas y con la vida diaria. Además, el logro de aprendizajes profundos involucra el dominio del conocimiento que se adquiere, lo que se ve reflejado en la posibilidad de ejecutar múltiples operaciones mentales con dicho conocimiento; por ejemplo: “mostrar evidencias y ejemplos, generalizar, aplicar a situaciones nuevas, establecer analogías, representar ese conocimiento de una forma diferente, usarlo para resolver problemas de la vida cotidiana, avanzar en el conocimiento estableciendo relaciones inusuales.” (Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras, 2000, p. 24).

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Relación entre las habilidades del pensamiento y el aprendizaje profundo Beas (1994) establece que para que el estudiante sea capaz de realizar conexiones entre los conocimientos y efectuar múltiples operaciones mentales con dichos conocimientos, se requiere el desarrollo de un pensamiento de buena calidad. Este se define como aquel que reúne tres características: ser crítico, ser creativo y ser metacognitivo. El pensamiento crítico es aquel capaz de procesar y reelaborar la información que recibe, de modo de disponer de una base de sustentación de sus propias creencias; el pensamiento creativo es el generador de ideas alternativas, de soluciones nuevas y originales, y el pensamiento metacognitivo está capacitado para reflexionar sobre sí mismo, para descubrir sus propios procesos de pensamiento como objeto de examen (Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras, 2000, p. 17). Como señala Valenzuela (2008), un pensamiento con las características mencionadas previamente no es espontáneo, sino el resultado de un proceso educativo, lo que hace necesario que exista una enseñanza explícita de habilidades de pensamiento. Esta enseñanza posibilita que el estudiante adquiera las destrezas necesarias para poder realizar múltiples operaciones con el conocimiento que adquiere.

Dimensiones del aprendizaje Robert J. Marzano (1997-2005) y su equipo han planteado un modelo denominado Dimensiones de aprendizaje. En él plantean que el aprendizaje implica un sistema complejo de procesos interactivos que ocurren en la mente de quien aprende y que incluye cinco tipos de pensamientos. Cada uno de estos constituye una dimensión del aprendizaje y consideran desde que se inicia el proceso hasta su completo dominio. Estas dimensiones son: • • • • •

Dimensión 1: Actitudes y percepciones. Dimensión 2: Adquirir e integrar el conocimiento. Dimensión 3: Extender y refinar el conocimiento. Dimensión 4: Uso significativo del conocimiento. Dimensión 5: Hábitos mentales.

La Dimensión 1 del aprendizaje tiene dos aspectos: el ambiente de aula, donde importa el sentirse aceptado por profesores y compañeros, la comodidad y el orden; y las tareas de aula, que se relaciona con el valorar e interesarse por estas, contar con las habilidades y los recursos para desarrollarlas y entender con claridad lo que se debe hacer. La Dimensión 2 se refiere a la adquisición e integración del conocimiento, tanto declarativo como procedimental. La Dimensión 3, por su parte, involucra la extensión y el refinamiento del conocimiento, lo que considera ocho operaciones mentales: comparar, clasificar, abstraer, razonamiento inductivo, razonamiento deductivo, construir apoyos, analizar errores y perspectivas. La Dimensión 4, referida al uso significativo del conocimiento, contempla la toma de decisiones, solución de problemas, invención, indagación experimental, investigación y análisis de sistemas. En cuanto a la Dimensión 5, los hábitos mentales que incluye son el pensamiento crítico, el pensamiento creativo y el pensamiento autorregulado (o metacognitivo).

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Habilidades del siglo XXI Desde que el nuevo siglo se avecinaba, se empezó a plantear la meta de formar personas capaces de enfrentar los desafíos propios de este tiempo, entre los cuales se encuentran los cambios asociados a la globalización, los avances tecnológicos, la facilidad de acceso a la información y la comprensión de fenómenos generales. En este sentido, el estudiante del siglo XXI debe manejar una serie de dimensiones, que le permitan enfrentar las problemáticas ya mencionadas, tal como ilustra el diagrama.

El pensamiento crítico. Este tipo de pensamiento permite tomar decisiones, discriminar entre diferentes alternativas y resolver problemas complejos. También se relaciona con la producción de conocimiento y la modificación y adaptación continua de este a las necesidades del entorno. Debido a esto, es una de las habilidades más valoradas y requeridas en la actualidad. Algunas de las herramientas que permiten el desarrollo del pensamiento crítico son la inducción, la deducción y el pensamiento sistémico.

Creatividad, innovación y desarrollo del pensamiento divergente. El pensamiento divergente es aquel que elabora criterios de originalidad, inventiva y flexibilidad. Mediante el pensamiento divergente, la creatividad e innovación pueden desarrollarse, tanto en la invención como en el descubrimiento de objetos y/o técnicas, como en la capacidad para encontrar nuevas soluciones. A diferencia del pensamiento convergente, que suele optar por una sola solución para cada problema, el pensamiento enfoca un problema desde diversos ángulos, lo que puede dar lugar a una variedad de recorridos y múltiples soluciones.

La colaboración y comunicación. En las últimas décadas se han puesto de relieve tareas que deben resolverse de manera colaborativa y, muchas veces, a distancia. La colaboración permite la resolución de problemas complejos que no pueden ser dilucidados por una sola persona, e involucra capacidades como la mediación, la resolución de conflictos, la toma de decisiones, la distribución de tareas, el saber escuchar a otros y la integración de las ideas en un todo coherente. Para que el trabajo sea colaborativo requiere la interacción y el compromiso de grupos heterogéneos que integren sus experticias de manera coherente para el logro de un resultado común y óptimo.

CONOCIMIENTO Lo que sabemos y comprendemos

HABILIDADES ¿Cómo usamos lo que sabemos?

Aprendiz del siglo XXI

ACTITUDES ¿Cómo nos comportamos y comprometemos en el mundo?

METAAPRENDIZAJE ¿Cómo nos reflejamos y adaptamos? Fuente: Center for Curriculum Redesign (CCR)

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La curiosidad en el aprendizaje La curiosidad, como rasgo humano, ha sido motivo de estudio de numerosos filósofos a lo largo de la historia. Para Thomas Hobbes, filósofo inglés del siglo XVII, por ejemplo, la curiosidad es un rasgo que define al ser humano, así como la razón. Se manifiesta como el deseo de saber cómo y por qué, y es lo que motiva la continua producción de conocimiento. Como afirman Cañal, García y Cruz (2016) “Aunque no se dispone aún de un buen conocimiento sobre los mecanismos del sistema nervioso que producen la curiosidad, se sabe que el cerebro posee neuronas que se activan ante algo diferente, que se salga de lo cotidiano. Y que en el estudiante, al tratar de dar respuesta a un interrogante que se plantee, se activan al menos dos áreas del cerebro: una relacionada con la motivación y la recompensa (ubicada en el núcleo estriado ventral) y otra implicada en la memoria (el hipocampo), concretamente en la parte del hipocampo que actúa en la consolidación de la memoria. Este último dato es importante, pues sugiere que cuando se aprende en respuesta a la curiosidad se puede producir un mejor y más sólido aprendizaje”.

Los jóvenes y adolescentes aprenden principalmente cuando se despierta en ellos la curiosidad. Muchas veces, el docente debe crear situaciones didácticas que estimulen la curiosidad, para lo cual, este autor propone ciertas estrategias: • Comenzar la clase con algo provocador o estimulante, como una frase, un pensamiento, un problema cotidiano. • Crear una atmósfera de confianza que invite al diálogo, a preguntar, a intervenir. • Dar tiempo para que los estudiantes desarrollen sus pensamientos y argumentos. • No preguntar sobre un tema concreto, sino incentivarlos para que planteen problemas de forma espontánea. • Introducir durante el desarrollo de la clase elementos que impliquen incongruencia, contradicción, novedad, sorpresa, desconcierto (pero sin provocar ansiedad en los estudiantes). • Promover la participación activa del estudiante y su exploración personal. • Reforzar el mérito ante una buena pregunta o resolución de un determinado problema. • Modular, pero no dirigir, la búsqueda de respuestas y evitar proporcionar la resolución del problema.

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Estructura de la guía didáctica del docente La Guía didáctica es un material de apoyo a la labor docente y, como tal, contiene múltiples recursos destinados tanto a la explicación de los lineamientos y ejes del proyecto Ciencias Naturales Física 1.° y 2.° medio, como a la planificación y organización de los tiempos y al trabajo con cada una de las unidades temáticas. A continuación, se detallan los principales apartados que incluye esta Guía.

FUNDAMENTACIÓN DIDÁCTICA DE LA PROPUESTA El proyecto Ciencias Naturales Física 1° y 2° medio surge como una propuesta didáctica de enseñanza de las ciencias naturales en la Educación Media. Los pilares estructurales que subyacen en este proyecto son las habilidades de pensamiento y aprendizaje profundo, el aprendizaje significativo y el desarrollo de habilidades del siglo XXI. En articulación con esto y de manera transversal, el proyecto se construye en torno a otros ejes, como el papel de la curiosidad en el aprendizaje y las grandes ideas de la ciencia.

Fundamentación Las primeras páginas se destinan a explicar los fundamentos didácticos a los que responde el Texto del estudiante y la Guía didáctica del docente.

Relación entre las habilidades del pensamiento y el aprendizaje profundo

Habilidades de pensamiento y aprendizaje profundo

Beas (1994) establece que para que el estudiante sea capaz de realizar conexiones entre los conocimientos y efectuar múltiples operaciones mentales con dichos conocimientos, se requiere el desarrollo de un pensamiento de buena calidad. Este se define como aquel que reúne tres características: ser crítico, ser creativo y ser metacognitivo.

Una de las principales metas de todo proceso de enseñanza-aprendizaje es que este último no se limite a la adquisición de conocimientos que luego serán reproducidos. Al contrario, se espera que los estudiantes integren lo que están aprendiendo a su estructura de conocimientos, para que luego sean capaces de utilizar este conocimiento, aplicándolo a diferentes situaciones y contextos. Ausubel desarrolló ampliamente esta conceptualización y acuñó el término “aprendizaje significativo” para referirse a aquel que resulta de relacionar activamente los conocimientos previos con los nuevos.

El pensamiento crítico es aquel capaz de procesar y reelaborar la información que recibe, de modo de disponer de una base de sustentación de sus propias creencias; el pensamiento creativo es el generador de ideas alternativas, de soluciones nuevas y originales, y el pensamiento metacognitivo está capacitado para reflexionar sobre sí mismo, para descubrir sus propios procesos de pensamiento como objeto de examen (Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras, 2000, p. 17). Como señala Valenzuela (2008), un pensamiento con las características mencionadas previamente no es espontáneo, sino el resultado de un proceso educativo, lo que hace necesario que exista una enseñanza explícita de habilidades de pensamiento. Esta enseñanza posibilita que el estudiante adquiera las destrezas necesarias para poder realizar múltiples operaciones con el conocimiento que adquiere.

Actualmente, la investigación en educación ha avanzado situando el foco en el logro de aprendizajes profundos. Este concepto retoma la idea de aprendizaje significativo, pues involucra el establecimiento de relaciones significativas entre los conocimientos previos y la nueva información. Pero va más allá, pues considera la profundización y la extensión de estos aprendizajes. Tal como explican Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras (2000), el aprendizaje profundo implica el dominio, la transformación y la utilización del conocimiento para resolver problemas reales. De acuerdo con estas mismas autoras, la comprensión profunda involucra ahondar en el conocimiento, estableciendo relaciones al interior de una disciplina, y extenderlo, realizando conexiones con otras disciplinas y con la vida diaria.

Dimensiones del aprendizaje Robert J. Marzano (1997-2005) y su equipo han planteado un modelo denominado Dimensiones de aprendizaje. En él plantean que el aprendizaje implica un sistema complejo de procesos interactivos que ocurren en la mente de quien aprende y que incluye cinco tipos de pensamientos. Cada uno de estos constituye una dimensión del aprendizaje y consideran desde que se inicia el proceso hasta su completo dominio. Estas dimensiones son: • • • • •

Además, el logro de aprendizajes profundos involucra el dominio del conocimiento que se adquiere, lo que se ve reflejado en la posibilidad de ejecutar múltiples operaciones mentales con dicho conocimiento; por ejemplo: “mostrar evidencias y ejemplos, generalizar, aplicar a situaciones nuevas, establecer analogías, representar ese conocimiento de una forma diferente, usarlo para resolver problemas de la vida cotidiana, avanzar en el conocimiento estableciendo relaciones inusuales.” (Beas, Santa Cruz, Thomsen y Utreras, 2000, p. 24).

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Dimensión 1: Actitudes y percepciones. Dimensión 2: Adquirir e integrar el conocimiento. Dimensión 3: Extender y refinar el conocimiento. Dimensión 4: Uso significativo del conocimiento. Dimensión 5: Hábitos mentales.

La Dimensión 1 del aprendizaje tiene dos aspectos: el ambiente de aula, donde importa el sentirse aceptado por profesores y compañeros, la comodidad y el orden; y las tareas de aula, que se relaciona con el valorar e interesarse por estas, contar con las habilidades y los recursos para desarrollarlas y entender con claridad lo que se debe hacer. La Dimensión 2 se refiere a la adquisición e integración del conocimiento, tanto declarativo como procedimental. La Dimensión 3, por su parte, involucra la extensión y el refinamiento del conocimiento, lo que considera ocho operaciones mentales: comparar, clasificar, abstraer, razonamiento inductivo, razonamiento deductivo, construir apoyos, analizar errores y perspectivas. La Dimensión 4, referida al uso significativo del conocimiento, contempla la toma de decisiones, solución de problemas, invención, indagación experimental, investigación y análisis de sistemas. En cuanto a la Dimensión 5, los hábitos mentales que incluye son el pensamiento crítico, el pensamiento creativo y el pensamiento autorregulado (o metacognitivo).

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PLANIFICACIÓN SEMESTRAL

Planificaciones

A continuación, se presenta una propuesta de planificación semestral que considera los Objetivos de Aprendizajes (OA), las clases sugeridas, los conceptos clave por lección, los recursos, las evaluaciones y el tiempo. Secciones del Texto

En cada tomo de la guía se incluye la planificación del semestre, así como las planificaciones de las unidades correspondientes. Estas últimas entregan una sugerencia de distribución de los contenidos por clase.

Lección 1

Objetivos de Aprendizaje (OA) Demostrar que comprende, por medio de la creación de modelos y experimentos, que las ondas transmiten energía y que se pueden reflejar, refractar y absorber, explicando y considerado: • Sus características (amplitud, frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación, entre otras). • Los criterios para clasificarlas (mecánicas, electromagnéticas, transversales, longitudinales, superficiales).

Clases sugeridas

Clase 3 Páginas del texto: 12 y 13 Clase 4 Páginas del texto: 14 a 15

Unidad 1

Lección 2

Explicar fenómenos del sonido perceptible por las personas, como el eco, la resonancia y el efecto Doppler, entre otros, utilizado el modelo ondulatorio y por medio de la experimentación, considerando sus: • Características y cualidades (intensidad, tono, timbre y rapidez). • Emisiones (en cuerdas vocales, en parlantes e instrumentos musicales). • Consecuencias (contaminación y medio de comunicación). • Aplicaciones tecnológicas (ecógrafo, sonar y estetoscopio, entretención, entre otras).

Clase 5 Páginas del texto: 16 a 21 Clase 6 Páginas del texto: 22 a 25 Clase 7 Páginas del texto: 26 a 29 Clase 8 Páginas del texto: 30 a 33 Tiempo: 8 horas pedagógicas

Explorar y describir el funcionamiento del oído, considerando: • El espectro sonoro. • Sus capacidades, limitaciones y consecuencias sociales. • La tecnología correctiva.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 6). • Actividad (página 7). • Actividad (página 8). • Actividad (página 9). • Actividad (página 10). • Actividad (página 13). • Actividad (página 14). • Investigación paso a paso (página 15). • Recursos presentes en la GDD.

• • • • • • • • • • • • • •

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 16). • Evaluación final de unidad del Texto (páginas 32 y 33). • Actividad “CeluLab” (página 20). • Evaluación final de unidad presente en • Actividad “CeluLab” (página 23). la Guía Didáctica. • Actividad (página 24). • Actividad (página 26). • Pregunta final de la página 29. • Investigación paso a paso (página 30). • Recursos presentes en la GDD.

• • • •

Concepto de onda sonora. Fuentes sonoras. Estructura auditiva humana. Tecnologías correctivas de la audición. Infrasonidos y ultrasonidos. Timbre del sonido. Tono del sonido. Intensidad del sonido. Contaminación acústica. Reflexión del sonido. El eco. Absorción del sonido. Resonancia de una onda sonora. Rapidez de propagación de una onda sonora. Refracción del sonido. Difracción del sonido. El efecto Doppler de sonido. Aplicaciones de las ondas sonoras.

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Unidad

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A continuación, se presenta un esquema en donde se muestra cómo se integran y organizan los diferentes conocimientos y aprendizajes de la unidad.

Unidad

Propósito y estructura de la unidad

¿DE QUÉ MANERA SE RELACIONAN LAS ONDAS CON EL SONIDO?

Introducción a cada unidad temática que explica cómo se estructura, su secuencia y principales ejes. Además, se sintetizan los elementos curriculares desarrollados en la unidad.

Propósito de la unidad del Texto del Estudiante y de la Guía Didáctica del Docente El hilo conductor de la primera unidad: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? de primer año medio, tiene como propósito que los estudiantes comprendan las características de las ondas y cómo ellas están presentes en nuestro entorno. También, se espera que sean capaces de relacionar conceptos como el de energía con los diferentes fenómenos ondulatorios. Como parte del estudio de las ondas, es fundamental que los estudiantes analicen las propiedades ondulatorias en el sonido, comprendiendo que las ondas sonoras transportan energía y tienen características como reflexión, refracción, difracción, entre otras, y cualidades como tono, timbre e intensidad. Todos los conceptos anteriores se pretenden adquirir mediante actividades de exploración, experimentación, comparación y a través de diferentes modelos científicos. Además, en la unidad se pretende fomentar el desarrollo de actitudes que les permitirán trabajar de manera colaborativa y rigurosa, mostrando una curiosidad permanente y una actitud de pensamiento crítico, hacia los nuevos conocimientos, todas las anteriores habilidades del siglo XXI. Para apoyar el desarrollo de los conocimientos, habilidades y actitudes en la unidad del Texto del Estudiante, la Guía Didáctica del Docente entrega una serie de orientaciones y estrategias docentes. Además provee una batería de instrumentos adicionales como: actividades complementarias para atender los diferentes ritmos de aprendizaje, evaluaciones, rúbricas, bibliografías y webgrafías, entre otros. Desde el punto de vista disciplinar, la unidad se relaciona de manera indirecta con las grandes ideas de la ciencia GI.6: La cantidad de energía del universo permanece constante y con GI.7: El movimiento de un objeto depende de las interacciones en que participa. En la primera lección, se trabaja de manera amplia el concepto de ondas, señalando ejemplos variados para su comprensión y contextualización. En la segunda lección, se estudia el comportamiento ondulatorio del sonido, reconociendo cómo este se encuentra presente en nuestra vida diaria.

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Evaluaciones

Onda. Foco. Onda transversal y longitudinal. Onda mecánica y electromagnética. Ondas viajeras y estacionarias. Longitud, período, frecuencia, rapidez y amplitud de una onda. • Propiedades de las ondas. • Superposición de ondas. • Interferencia de una onda.

• • • • • •

Tiempo: 8 horas pedagógicas

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12

Recursos

Clase 1 Páginas del texto: 4 a 7 Clase 2 Páginas del texto: 8 a 11

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

15

1

Unidad 1 ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Lección 1

Lección 2

Descubriendo las ondas en nuestro entorno

El sonido es parte de nuestro entorno

¿Qué es una onda?

¿Qué es el sonido?

¿De qué maneras se manifiestan las ondas?

Clasificación de las ondas

¿Cómo caracterizamos una onda?

¿De qué maneras percibimos el sonido?

Espectro sonoro

¿Cuáles son las propiedades de las ondas?

¿Qué características tiene el sonido?

¿Qué aplicaciones tienen las ondas sonoras?

Habilidades • Observar y describir detalladamente las características de procesos y fenómenos del mundo natural. • Analizar y explicar los resultados de una investigación científica. • Evaluar una investigación científica, con el fin de perfeccionarla.

¿Qué sonidos podemos percibir?

¿Cuáles son las propiedades de las ondas sonoras?

Actitudes • Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer fenómenos del entorno natural. • Trabajar responsablemente en forma proactiva y colaborativa. • Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias.

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1

Orientaciones y estrategias docentes

Unidad

Orientaciones y estrategias docentes Invite a los estudiantes a observar las imágenes expuestas en las páginas 4 y 5 del TE. Junto con ello, señale que el título de unidad: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? es una pregunta amplia y cuyo objetivo es responderla al finalizar la unidad.

Orientaciones y estrategias docentes

Unidad

Las preguntas presentes en el TE, se pueden complementar con las siguientes:

¿DE QUÉ MANERA SE RELACIONAN LAS ONDAS CON EL SONIDO?

Promueva la discusión entre sus estudiantes acerca del contenido de las imágenes y pídales que traten de descubrir todos aquellos elementos y conceptos que las relacionan.

Sugerencias y orientaciones relativas al trabajo con el Texto del estudiante, que incluyen recomendaciones, soluciones a algunas de las actividades de Texto, profundizaciones didácticas y disciplinares y actividades complementarias.

Recuerde que el foco de estas páginas es el de motivar y recoger ideas previas. Respecto de esto último, la evidencia nos indica lo siguiente::

El momento de inicio de la unidad, es uno de los ejes claves en el ciclo didáctico propuesto, ya que promueve de manera articulada la motivación y la activación y reconocimiento de ideas previas. El trabajar esta instancia predispone positivamente a los estudiantes hacia los nuevos aprendizajes.

Profundización didáctica La motivación es lo que moviliza a una persona en una dirección y con una finalidad determinada. Es, además, la disposición al esfuerzo mantenido por conseguir un meta. Los estudiantes motivados tendrán un interés particularmente diferente en lograr su aprendizaje. Para alcanzar la motivación de los estudiantes se requiere conocer sus necesidades y expectativas. Esto permite, posteriormente, dirigir las conductas hacia acciones benéficas para ellos y su contexto social.

Profundización didáctica Que los estudiantes no estén motivados o desmotivados no es una concepción en abstracto. Al examinar las pautas de actuación de los profesores en clases, se pueden observar variaciones que definen el contexto de aprendizaje. No es lo mismo comenzar una clase planteando una interrogante que despierta curiosidad, que pedir a los estudiantes directamente que saquen sus libros y que se pongan a leer. El clima motivacional que los profesores generan en el aula se traduce en la representación que los estudiantes se hacen respecto de qué cuenta en clases. Tapia, J. A. (1997). Motivar para el aprendizaje. España: Editorial EDEBÉ

• ¿Qué manifestaciones de la energía distingues en las imágenes?

Es fundamental trabajar la primera unidad del texto en un clima de colaboración y respeto, propiciando en sus estudiantes el diálogo y la participación. Tenga presente que, como clase inicial de la asignatura, una experiencia agradable por parte de sus estudiantes, los condicionará positivamente para el resto del curso.

en el agua, se representa un fenómeno claramente ondulatorio. La imagen de la mujer embarazada, se relaciona con la propagación del sonido. La de la niña con un megáfono, con el concepto de fuente sonora y con la amplificación del sonido. En el caso de las imágenes de los instrumentos musicales, se relacionan con la producción de sonido en cuerdas y cavidades, respectivamente. Propicie la discusión en torno a las preguntas que se encuentran al pie de la página 5. También, es la oportunidad

para recoger ideas y aprendizaje previos de los estudiantes, teniendo en consideración sus preconceptos o conceptos erróneos. Para la primera pregunta: ¿Qué manifestaciones de la energía distingues en las imágenes? Las respuestas esperadas se relacionan con el reconocimiento de las formas de energía en la propagación de una onda en el agua, esperando que exista la idea intuitiva en sus estudiantes, que una onda es en sí, una manifestación de la energía.

Se espera, además, que sus estudiantes reconozcan “formas y manifestaciones de la energía”, en la producción y en la propagación del sonido. Para la segunda pregunta: ¿Qué tienen en común los fenómenos presentados en estas páginas? Se espera que sus estudiantes señalen que todos ellos son fenómenos ondulatorios (la perturbación en el agua y el sonido). Otra respuesta adecuada, es que señalen que todos los fenómenos son diferentes manifestaciones de la energía.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes

El reconocimiento de ideas previas es un hecho fundamental en el desarrollo de la enseñanza, ya que los estudiantes presentan disposición a aprender solo aquello a lo que le encuentran sentido y puede tener significado desde sus propias concepciones. Por esta razón, tienden a rechazar el conocimiento que no le encuentran sentido. Bello Garcés, S. (2007).

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIÓN

Material fotocopiable

Nombre:

Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes Curso:

Fecha:

Unidad

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Lee la siguiente situación:

31

1

Fecha:

La rapidez del sonido

Francisco decide recrear la propagación de una onda en el patio de su colegio. Para ello, llena una bolsa plástica con arena y le hace un pequeño agujero en el extremo inferior. Luego, amarra la bolsa a una cuerda y le da un impulso, de modo de hacerla oscilar como un péndulo. Después, camina desde un extremo del patio al otro, recorriendo 8 metros en 10 segundos. La marca de arena dejada en el suelo del patio es similar a la siguiente:

En cada tomo de la guía se incluye la planificación del semestre, así como las planificaciones de las unidades correspondientes. Estas últimas entregan una sugerencia de distribución de los contenidos por clase.

5

Física 1.º medio

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

ACTIVIDAD DE REFUERZO

Actividades de refuerzo y profundización

Bello, P. J. (1997). Motivación en tu vida. Venezuela: Editorial Panapo.

• ¿Qué tienen en común los fenómenos presentados en estas páginas?

4

Considere que en las imágenes que se muestran en las páginas se representa una serie de fenómenos asociados a las ondas. En la propagación del pulso 30

1

• ¿Qué piensan que son las ondas? • ¿En qué situaciones de la vida diaria las han percibido? Invite a sus estudiantes a escribir sus respuestas en sus cuadernos o a hacer representaciones gráficas de lo que entienden por una onda. Para construir los nuevos aprendizajes, es importante obtener información de sus ideas previas.

La rapidez del sonido depende de ciertas propiedades del medio por el que se propaga, como la densidad, la elasticidad (en sólidos), la compresibilidad (en líquidos y gases) y la temperatura. En relación con esta última propiedad, si la temperatura de un medio de propagación, como el aire aumenta o disminuye, la velocidad del sonido se ve afectada considerablemente. Esto se debe a que las partículas del gas, a medida que se incrementa la temperatura, se agitan con mayor rapidez y en todas direcciones. Un modelo matemático que permite estimar la rapidez del sonido en el aire es el siguiente: v = 331 ∙ 1 +

T 273

Donde v es la rapidez del sonido en m/s y T es la temperatura en °C. Respecto de la información entregada, realiza las siguientes actividades:

En relación con lo expuesto en la situación, responde:

1. ¿Con qué rapidez se propaga una onda sonora por el aire, si su temperatura es de 30 °C?

1. ¿Cuántas oscilaciones completó el péndulo de Francisco? 2. Considerando que Francisco está representando una onda, calcula: • Su rapidez de propagación. • Su frecuencia. • Su período. • Su longitud de onda aproximada. 3. ¿Cuál fue la fuente generadora de la onda? 4. ¿A qué tipo de onda correspondería la representada en la imagen? 5. ¿A qué piensas que se debe la disminución de la amplitud? Explica.

62

2. ¿A qué temperatura del aire, la rapidez de una onda sonora en dicho medio es de aproximadamente 354 m/s?

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

Unidad

EVALUACIÓN PARCIAL LECCIÓN 1

EVALUACIÓN PARCIAL LECCIÓN 2

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 1 del Texto, responde las siguientes preguntas.

Fecha:

4. Escribe debajo de cada una de las imágenes, la propiedad ondulatoria que se representa.

1. Un péndulo realiza 60 oscilaciones en 20 s. ¿Cuál es su período y frecuencia?

Evaluaciones complementarias

Material fotocopiable

Nombre: Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 2 del Texto, responde las siguientes preguntas. 1. Una flauta emite una nota “La” de 440 Hz, de frecuencia.

Curso:

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1

Fecha:

4. Completa la siguiente tabla, señalando un ejemplo de cada una de las siguientes propiedades de las ondas sonoras. Propiedad

Ejemplo

Reflexión Absorción Transmisión

Para apoyar la labor evaluativa del docente, cada unidad incluye cuatro evaluaciones complementarias fotocopiables: una diagnóstica, dos de proceso y una final.

5. ¿Por qué en una tormenta eléctrica se ve primero la luz del relámpago y después se escucha el trueno?

¿Cómo clasificarías dicha onda sonora? 2. Un diapasón es golpeado y, otro, que se encuentra próximo comienza a vibrar.

2. El ciclo de la onda que se muestra en la imagen, demora en completarse 0,7 s.

Ciclo

6. ¿En qué consiste el efecto Doppler del sonido? Explica.

Si la onda es periódica, ¿cuál es su frecuencia?

¿Cómo se llama este fenómeno y cuál es su explicación?

3. ¿Cómo clasificarías la onda que se muestra en la imagen?

3. En los siguientes gráficos se representan dos sonidos de igual intensidad. 5. ¿En qué característica se diferencian las siguientes ondas? Sonido 1

Igual distancia

Sonido 2

¿Cuál de ellos es más agudo, si las ondas representadas tardan el mismo tiempo en ir de un extremo a otro? Justifica. 60

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Tanto en el Texto del Estudiante, como en la Guía Didáctica del Docente, se utilizarán de manera inclusiva términos como: “los estudiantes”, “los profesores”, “los padres”, “los hijos”, “los apoderados”, “los jóvenes” y otros que refieren a hombres y mujeres.

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Planificación semestral A continuación, se presenta una propuesta de planificación semestral que considera los Objetivos de Aprendizajes (OA), las clases sugeridas, los conceptos clave por lección, los recursos, las evaluaciones y el tiempo. Secciones del Texto

Lección 1

Objetivos de Aprendizaje (OA) Demostrar que comprende, por medio de la creación de modelos y experimentos, que las ondas transmiten energía y que se pueden reflejar, refractar y absorber, explicando y considerando: • Sus características (amplitud, frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación, entre otras). • Los criterios para clasificarlas (mecánicas, electromagnéticas, transversales, longitudinales, superficiales).

Clases sugeridas Clase 1 Páginas del texto: 4 a 7 Clase 2 Páginas del texto: 8 a 11 Clase 3 Páginas del texto: 12 y 13 Clase 4 Páginas del texto: 14 a 15 Tiempo: 8 horas pedagógicas

Unidad 1

Lección 2

Explicar fenómenos del sonido perceptibles por las personas, como el eco, la resonancia y el efecto Doppler, entre otros, utilizando el modelo ondulatorio y por medio de la experimentación, considerando sus: • Características y cualidades (intensidad, tono, timbre y rapidez). • Emisiones (en cuerdas vocales, en parlantes e instrumentos musicales). • Consecuencias (contaminación y medio de comunicación). • Aplicaciones tecnológicas (ecógrafo, sonar y estetoscopio, entretención, entre otras).

Clase 5 Páginas del texto: 16 a 21 Clase 6 Páginas del texto: 22 a 25 Clase 7 Páginas del texto: 26 a 29 Clase 8 Páginas del texto: 30 a 33 Tiempo: 8 horas pedagógicas

Explorar y describir el funcionamiento del oído, considerando: • El espectro sonoro. • Sus capacidades, limitaciones y consecuencias sociales. • La tecnología correctiva.

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Recursos

Evaluaciones

• Onda. • Foco. • Onda transversal y longitudinal. • Onda mecánica y electromagnética. • Ondas viajeras y estacionarias. • Longitud, período, frecuencia, rapidez y amplitud de una onda. • Propiedades de las ondas. • Superposición de ondas. • Interferencia de las ondas.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 6). • Actividad (página 7). • Actividad (página 8). • Actividad (página 9). • Actividad (página 10). • Actividad (página 13). • Actividad (página 14). • Investigación paso a paso (página 15). • Recursos presentes en la GDD.

Concepto de onda sonora. Fuentes sonoras. Estructura auditiva humana. Tecnologías correctivas de la audición. Infrasonidos y ultrasonidos. Timbre del sonido. Tono del sonido. Intensidad del sonido. Contaminación acústica. Reflexión del sonido. El eco. Absorción del sonido. Resonancia de una onda sonora. Rapidez de propagación de una onda sonora. Refracción del sonido. Difracción del sonido. El efecto Doppler de sonido. Aplicaciones de las ondas sonoras.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 16). • Evaluación final de unidad del Texto (páginas 32 y 33). • Actividad “CeluLab” (página 20). • Evaluación final de unidad presente en • Actividad “CeluLab” (página 23). la Guía Didáctica. • Actividad (página 24). • Actividad (página 26). • Pregunta final de la página 29. • Investigación paso a paso (página 30). • Recursos presentes en la GDD.

• • • • • • • • • • • • • • • • • •

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Secciones del Texto

Lección 3

Unidad 2

Lección 4

Objetivos de Aprendizaje (OA)

Clases sugeridas

Explicar fenómenos luminosos, como reflexión, la refracción, la interferencia y el efecto Doppler, entre otros, por medio de la experimentación y el uso de modelos, considerando: • Los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz. • Las características y la propagación de la luz (viaja en línea recta, formación de sombras y poseer rapidez, entre otras). • La formación de imágenes (espejos y lentes). • La formación de colores (difracción, colores primarios y secundarios, filtros). • Sus aplicaciones tecnológicas (lentes, telescopio, prismáticos y focos, entre otros).

Clase 1 Páginas del texto: 34 a 37

Explicar fenómenos luminosos, como reflexión, la refracción, la interferencia y el efecto Doppler, entre otros, por medio de la experimentación y el uso de modelos, considerando: • Los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz. • Las características y la propagación de la luz (viaja en línea recta, formación de sombras y poseer rapidez, entre otras). • La formación de imágenes (espejos y lentes). • La formación de colores (difracción, colores primarios y secundarios, filtros). • Sus aplicaciones tecnológicas (lentes, telescopio, prismáticos y focos, entre otros).

Clase 2 Páginas del texto: 38 y 39 Clase 3 Páginas del texto: 40 y 41 Clase 4 Páginas del texto: 42 y 43 Tiempo: 8 horas pedagógicas

Clase 5 Páginas del texto: 44 y 45 Clase 6 Páginas del texto: 46 y 47 Clase 7 Páginas del texto: 48 a 51 Clase 8 Páginas del texto: 55 a 57 Tiempo: 10 horas pedagógicas

Explorar el funcionamiento del ojo humano, considerando: • La recepción de ondas luminosas. • El espectro de la luz visible. • Sus capacidades, limitaciones y consecuencias sociales. • La tecnología correctiva (lentes).

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Conceptos clave por lección

Recursos

Evaluaciones

• Modelo ondulatorio de la luz. • Modelo corpuscular de la luz. • Modelo dual. • Onda electromagnética. • Propagación rectilínea de la luz. • Sombra. • Penumbra. • Rapidez de la luz. • Reflexión de la luz. • Refracción de la luz. • Difracción de la luz. • Interferencia de la luz. • Efecto Doppler de la luz.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 36). • Actividad (página 38). • Actividad (página 39). • Actividad (página 40). • Actividad (página 41). • Investigación paso a paso (página 43). • Recursos presentes en la GDD.

• Origen de los colores. • Prisma. • Filtros de colores. • Colores primarios. • Síntesis aditiva. • Interferencia. • Espejo plano. • Espejo curvo. • Foco. • Centro de curvatura. • Lente. • Lente convergente. • Lente divergente. • Eje óptico. • Lupa, telescopio y microscopio. • Imagen real y virtual. • Estructura del ojo humano. • Miopía. • Hipermetropía. • Espectro electromagnético. • Espectro visible.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en • Evaluación parcial presente en la Guía didáctica. el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 44). • Evaluación final de unidad del Texto (páginas 56 y 57). • Actividad (página 45). • Evaluación final de unidad presente en • Actividad (página 46). la Guía Didáctica. • Actividad (página 47). • Actividad (página 48). • Actividad (página 48). • Actividad (página 49). • Actividad (página 53). • Modelación paso a paso (página 54). • Recursos presentes en la GDD.

Total de horas asignadas para la unidad: 34 horas pedagógicas.

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Planificación unidad 1 A continuación, se presenta una propuesta de planificación que considera los Objetivos de Aprendizajes (OA), las clases sugeridas, los contenidos por tratar, los recursos y las propuestas de evaluaciones por clase. Además, en la planificación se señala el total de horas pedagógicas por clase y por unidad.

Sección de Texto

Objetivo de Aprendizaje (OA)

Clases sugeridas Clase 1 Propósito de clase: Recoger ideas previas acerca de la noción de ondas y formalizar el concepto de onda a través de la realización de actividades experimentales. Páginas del texto: 4 a 7 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 2

Demostrar que comprende, por medio de la creación de modelos y experimentos, que las ondas transmiten energía y que se pueden reflejar, refractar y absorber, explicando y considerando: Lección 1

• Sus características (amplitud, frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación, entre otras). • Los criterios para clasificarlas (mecánicas, electromagnéticas, transversales, longitudinales, superficiales).

Propósito de clase: Reconocer que las ondas pueden ser clasificadas a partir de una serie de criterios determinados y analizar las principales características de las ondas. Páginas del texto: 8 a 11 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 3 Propósito de clase: Analizar las principales propiedades de las ondas, a partir de situaciones y representaciones cotidianas. Páginas del texto: 12 y 13 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 4 Propósito de clase: Verificar experimentalmente algunas de las propiedades de las ondas y analizar la relación entre ondas y energía. Páginas del texto: 14 y 15 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

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Contenidos a tratar

Recursos

Evaluaciones

• • • • • •

Concepto de pulso. Foco de una onda. Tren de pulsos. Oscilación. Vibración. Concepto de onda.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad “Para comenzar”. Materiales asociados: palitos de helado y cinta adhesiva. • Actividad (página 7). Materiales asociados: cubeta con agua y pelotita de plumavit. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la actividad de la página 7 como una evaluación parcial.

• • • • • •

Onda periódica. Pulso de onda. Onda transversal y longitudinal. Onda mecánica y electromagnética. Ondas viajeras y estacionarias. Longitud, período, frecuencia, rapidez y amplitud de una onda.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 8). Materiales asociados: resorte tipo “slinky”. • Actividad (página 9). • Actividad (página 10). • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la actividad de la página 10 como una evaluación formativa.

• • • • • •

Onda incidente. Propiedades de las ondas. Refracción de una onda. Difracción de una onda. Recta normal. Reflexión de una onda.

• Imágenes, ilustraciones, infografías y gráficos contenidos en el texto. • Actividad (página 13). • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la actividad de la página 13 como una evaluación formativa.

• • • • • •

Superposición de ondas. Interferencia constructiva. Interferencia destructiva. Interferencia de las ondas. Patrón de interferencia de las ondas. Ondas y energía.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 14). Materiales asociados: lámpara, cubeta con agua y libros. • Investigación paso a paso. Materiales asociados: fuente, film plástico y silbato. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la “Investigación paso a paso” como una actividad evaluativa y de cierre de lección.

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Planificación unidad 1

Sección de Texto

Objetivo de Aprendizaje (OA)

Clases sugeridas Clase 5 Propósito de clase: Comprender qué es el sonido y de qué manera se relaciona con las ondas. Además, analizar cómo se percibe el sonido y el rango de audición humana. Páginas del texto: 16 a 21 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

Explorar y describir el funcionamiento del oído, considerando: • El espectro sonoro. • Sus capacidades, limitaciones y consecuencias sociales. • La tecnología correctiva.

Lección 2

Explicar fenómenos del sonido perceptible por las personas, como el eco, la resonancia y el efecto Doppler, entre otros, utilizando el modelo ondulatorio y por medio de la experimentación, considerando sus: • Características y cualidades (intensidad, tono, timbre y rapidez). • Emisiones (en cuerdas vocales, en parlantes e instrumentos musicales). • Consecuencias (contaminación y medio de comunicación). • Aplicaciones tecnológicas (ecógrafo, sonar y estetoscopio, entretención, entre otras).

Clase 6 Propósito de clase: Comprender cuáles son las características del sonido y estudiar algunas de las propiedades de las ondas sonoras. Páginas del texto: 22 a 25 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 7 Propósito de clase: Analizar, por medio de experimentos, algunas de las propiedades de las ondas sonoras y reconocer ciertas aplicaciones de las ondas de ultra e infrasonido. Páginas del texto: 26 y 29 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 8 Propósito de clase: Cerrar la lección con una actividad experimental y evaluar los principales conocimientos desarrollados a lo largo de la unidad. Páginas del texto: 30 y 33 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

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Contenidos a tratar

Recursos

Evaluaciones

• • • • •

Concepto de onda sonora. Fuentes sonoras. Estructura auditiva humana. Tecnologías correctivas de la audición. Infrasonidos y ultrasonidos.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad “Para comenzar”. Materiales asociados: tubo y elástico. • Actividad “CeluLab” (página 20). Materiales asociados: celular y generador de frecuencias. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere pedir a los estudiantes la realización de esquemas y/o síntesis respecto de la audición y del espectro auditivo.

• • • • • • •

Timbre del sonido. Tono del sonido. Intensidad del sonido. Contaminación acústica. Reflexión del sonido. El eco. Absorción del sonido.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad “CeluLab” (página 23). Materiales asociados: celular y aplicación de sonómetro. • Actividad (página 24). Materiales asociados: tubos de cartón, superficie cerámica y dos celulares.

Se sugiere emplear la actividad de la página 24 como una evaluación formativa.

• Resonancia de una onda sonora. • Rapidez de propagación de una onda sonora. • Refracción del sonido. • Difracción del sonido. • El efecto Doppler de sonido. • Aplicaciones de las ondas sonoras.

• Imágenes, ilustraciones, y tablas contenidos en el texto. • Actividad (página 26). Materiales asociados: dos copas de cristal y un mondadientes. • Pregunta final de la página 29. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere hacer un resumen gráfico, con los principales conceptos estudiados en la clase. Además, la investigación de otras aplicaciones de las ondas sonoras puede ser la oportunidad para evaluar las habilidades comunicativas de los estudiantes.

• Aislación sonora. • Mapas de ruido. • Pérdida auditiva.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Investigación paso a paso. Materiales asociados: tubos de cartón, celulares y diferentes superficies. • Lectura Ciencia, Tecnología y Sociedad. • Evaluación final de unidad.

Se sugiere aplicar la evaluación final de unidad. También, en la GDD, se encuentran instrumentos evaluativos complementarios.

Total de horas asignadas para la unidad: 16 horas pedagógicas.

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Planificación unidad 2 A continuación, se presenta una propuesta de planificación que considera los Objetivos de Aprendizajes (OA), las clases sugeridas, los contenidos a tratar, los recursos y las propuestas de evaluaciones por clase. Además, en la planificación se señala el total de horas pedagógicas por clase y por unidad.

Sección de Texto

Objetivo de Aprendizaje (OA)

Clases sugeridas Clase 1 Propósito de clase: Recoger ideas previas acerca de la luz y presentar los modelos explicativos de la luz. Páginas del texto: 34 a 37 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

Lección 3

Explicar fenómenos luminosos, como la reflexión, la refracción, la interferencia y el efecto Doppler, entre otros, por medio de la experimentación y el uso de modelos, considerando: • Los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz. • Las características y la propagación de la luz (viaja en línea recta, formación de sombras y poseer rapidez, entre otras). • La formación de imágenes (espejos y lentes). • La formación de colores (difracción, colores primarios y secundarios, filtros). • Sus aplicaciones tecnológicas (lentes, telescopio, prismáticos y focos, entre otros).

Clase 2 Propósito de clase: Comprender de qué forma se propaga la luz y entender que esta tiene rapidez. Páginas del texto: 38 y 39 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

Clase 3 Propósito de clase: Estudiar las propiedades ondulatorias de la luz. Páginas del texto: 40 y 41 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

Clase 4 Propósito de clase: Analizar el efecto Doppler de la luz y desarrollar una actividad experimental de cierre de lección. Páginas del texto: 42 y 43 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

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Contenidos a tratar

Recursos

Evaluaciones

• • • •

Modelo ondulatorio de la luz. Modelo corpuscular de la luz. Modelo dual. Onda electromagnética.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Cómic en actividad “Para comenzar” y preguntas asociadas. • Recursos presentes en la GDD.

Puede solicitar que profundicen acerca de los modelos explicativos de la luz.

• • • •

Propagación rectilínea de la luz. Sombra. Penumbra. Rapidez de la luz.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 38). Materiales asociados: trozos de cartón y linterna. • Actividad (página 39) • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la actividad de la página 39 como una evaluación formativa.

• • • •

Reflexión de la luz. Refracción de la luz. Difracción de la luz. Interferencia de la luz.

• Imágenes, ilustraciones, infografías y esquemas contenidos en el texto. • Actividad (página 40). Materiales asociados: puntero láser, espejo y transportador. • Actividad (página 41). • Recursos presentes en la GDD.

Puede emplear la actividad de la página 41 como una evaluación parcial.

• • • •

Efecto Doppler de la luz. Espectroscopio. Universo en expansión. Galaxia.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Investigación paso a paso (página 43). Materiales asociados: puntero láser, agua, vaso y un poco de leche. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere emplear la “Investigación paso a paso” como una actividad evaluativa y de cierre de lección.

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Planificación unidad 2

Sección de Texto

Objetivo de Aprendizaje (OA)

Clases sugeridas Clase 5 Propósito de clase: Comprender el origen y formación y la percepción de los colores. Páginas del texto: 44 y 45

Lección 4

Explicar fenómenos luminosos, como la reflexión, la refracción, la interferencia y el efecto Doppler, entre otros, por medio de la experimentación y el uso de modelos, considerando: • Los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz. • Las características y la propagación de la luz (viaja en línea recta, formación de sombras y poseer rapidez, entre otras). • La formación de imágenes (espejos y lentes). • La formación de colores (difracción, colores primarios y secundarios, filtros). • Sus aplicaciones tecnológicas (lentes, telescopio, prismáticos y focos, entre otros).

Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 6 Propósito de clase: Comprender cómo se generan las imágenes en espejos planos y en espejos curvos. Páginas del texto: 46 y 47 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 7 Propósito de clase: Analizar cómo se forman las imágenes en lentes y estudiar sus principales aplicaciones. Páginas del texto: 48 a 51

Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Explorar el funcionamiento del ojo humano, considerando: Clase 8 • La recepción de ondas luminosas. • Es espectro de la luz visible. Propósito de clase: Entender de qué manera percibimos • Sus capacidades, limitaciones y la luz y cuál es el espectro de la luz visible. Además, realizar consecuencias sociales. una actividad experimental con lentes. • La tecnología correctiva (lentes). Páginas del texto: 52 a 54 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min). Clase 9 Propósito de clase: Sintetizar y evaluar los principales conocimientos desarrollados a lo largo de la unidad. Páginas del texto: 55 a 57 Tiempo: Dos horas pedagógicas (90 min).

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Contenidos a tratar

Recursos

Evaluaciones

• • • • • • • •

Origen de los colores. Prisma. Arcoíris. Filtros de colores. Colores primarios. Síntesis aditiva. Interferencia. Disco de Newton.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad “Para comenzar” (página 44). Materiales asociados; cubeta transparente, linterna y espejo. • Actividad (página 45). • Recursos presentes en la GDD.

Emplee la actividad de la página 45 como actividad evaluativa.

• • • • • •

Espejo plano. Distancia objeto Distancia imagen. Espejo curvo. Foco. Centro de curvatura.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 46). • Actividad (página 47). • Recursos presentes en la GDD.

Puede solicitarles a los estudiantes la realización de una síntesis o resumen de los contenidos de las páginas.

• • • • • •

Lente. Lente convergente. Lente divergente. Eje óptico. Lupa, telescopio y microscopio. Imagen real y virtual.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 48). • Actividad (página 49). • Recursos presentes en la GDD.

Utilice la actividad de la página 49 como evaluación parcial.

• • • • •

Estructura del ojo humano. Miopía. Hipermetropía. Espectro electromagnético. Espectro visible.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Actividad (página 53). • Modelación paso a paso. Materiales asociados: dos lupas, cartulina, cinta adhesiva. • Recursos presentes en la GDD.

Se sugiere utilizar la Modelación paso a paso, como una instancia evaluativa.

• Imágenes e ilustraciones contenidas en el texto. • Lectura Ciencia, Tecnología y Sociedad. • Evaluación final de unidad.

Se sugiere aplicar la evaluación final de unidad. También, en la GDD, se encuentran instrumentos evaluativos complementarios.

• Rayo láser. • Fibra óptica.

Total de horas asignadas para la unidad: 18 horas pedagógicas. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Unidad

n

¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? Propósito de la unidad del Texto del Estudiante y de la Guía Didáctica del Docente El hilo conductor de la primera unidad: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? de primer año medio, tiene como propósito que los estudiantes comprendan las características de las ondas y cómo ellas están presentes en nuestro entorno. También, se espera que sean capaces de relacionar conceptos como el de energía con los diferentes fenómenos ondulatorios. Como parte del estudio de las ondas, es fundamental que los estudiantes analicen las propiedades ondulatorias en el sonido, comprendiendo que las ondas sonoras transportan energía y tienen características como reflexión, refracción, difracción, entre otras, y cualidades como tono, timbre e intensidad. Todos los conceptos anteriores se pretenden adquirir mediante actividades de exploración, experimentación, comparación y a través de diferentes modelos científicos. Además, en la unidad se pretende fomentar el desarrollo de actitudes que les permitirán trabajar de manera colaborativa y rigurosa, mostrando una curiosidad permanente y una actitud de pensamiento crítico, hacia los nuevos conocimientos, todas las anteriores habilidades del siglo XXI. Para apoyar el desarrollo de los conocimientos, habilidades y actitudes en la unidad del Texto del Estudiante, la Guía Didáctica del Docente entrega una serie de orientaciones y estrategias docentes. Además provee una batería de instrumentos adicionales como: actividades complementarias para atender los diferentes ritmos de aprendizaje, evaluaciones, rúbricas, bibliografías y webgrafías, entre otros. Desde el punto de vista disciplinar, la unidad se relaciona de manera indirecta con las grandes ideas de la ciencia GI.6: La cantidad de energía del universo permanece constante y con GI.7: El movimiento de un objeto depende de las interacciones en que participa. En la primera lección, se trabaja de manera amplia el concepto de ondas, señalando ejemplos variados para su comprensión y contextualización. En la segunda lección, se estudia el comportamiento ondulatorio del sonido, reconociendo cómo este se encuentra presente en nuestra vida diaria.

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Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

n

A continuación, se presenta un esquema en donde se muestra cómo se integran y organizan los diferentes conocimientos y aprendizajes de la unidad.

1

Unidad 1 ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Lección 1

Lección 2

Descubriendo las ondas en nuestro entorno

El sonido es parte de nuestro entorno

¿Qué es una onda?

¿Qué es el sonido?

¿De qué maneras se manifiestan las ondas?

Clasificación de las ondas

¿Cómo caracterizamos una onda?

¿De qué maneras percibimos el sonido?

Espectro sonoro

¿Cuáles son las propiedades de las ondas?

¿Qué características tiene el sonido?

¿Qué aplicaciones tienen las ondas sonoras?

Habilidades • Observar y describir detalladamente las características de procesos y fenómenos del mundo natural. • Analizar y explicar los resultados de una investigación científica. • Evaluar una investigación científica, con el fin de perfeccionarla.

¿Qué sonidos podemos percibir?

¿Cuáles son las propiedades de las ondas sonoras?

Actitudes • Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer fenómenos del entorno natural. • Trabajar responsablemente en forma proactiva y colaborativa. • Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias.

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EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Fecha:

1. Observa la siguiente imagen en la que se representa un péndulo que oscila.

a. ¿Qué piensas que es la amplitud en el movimiento oscilatorio del péndulo? b. ¿Qué crees que es la frecuencia y el período del movimiento oscilatorio? Explica. c. ¿Qué piensas que signifique que el movimiento del péndulo sea periódico? 2. Una niña juega a saltar con la cuerda, realizando 40 saltos en un minuto. ¿Cuál de los siguientes conceptos piensas que se asocia de mejor manera con lo descrito en la situación? Frecuencia

Amplitud

Longitud

Justifica y explica tu elección. 3. Observa la siguiente imagen en donde se muestra un pulso que se propaga sobre la superficie del agua.

a. ¿Qué piensas que es lo que se propaga sobre la superficie del agua? b. ¿Qué formas y manifestaciones de la energía distingues en la situación? 28

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

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4. En la imagen, se representa que el sonido emitido por un parlante “choca” con un obstáculo y regresa.

¿Qué fenómeno está siendo representado? Descríbelo. 5. ¿Qué entiendes por el concepto de onda? Escribe una definición con tus palabras.

Dos instrumentos musicales emiten la misma nota musical, y una persona puede identificar a cada uno de ellos.

El sonido que emite una cantante se hace cada vez más agudo.

Un avión para muy cerca de una zona urbana y el sonido que emite, hace vibrar los ventanales.

Justifica y explica tu elección.

Reflexiona a. ¿Qué conceptos conocías?, ¿cuáles no?

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

6. ¿Cuál de las siguientes situaciones se relaciona de manera más directa con el concepto de intensidad del sonido?

b. ¿Qué tipo de interrogantes te surgen en relación con las temáticas de ondas y sonido? Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Orientaciones y estrategias docentes

Unidad

Orientaciones y estrategias docentes Invite a los estudiantes a observar las imágenes expuestas en las páginas 4 y 5 del TE. Junto con ello, señale que el título de unidad: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? es una pregunta amplia y cuyo objetivo es responderla al finalizar la unidad.

¿DE QUÉ MANERA SE RELACIONAN LAS ONDAS CON EL SONIDO?

Promueva la discusión entre sus estudiantes acerca del contenido de las imágenes y pídales que traten de descubrir todos aquellos elementos y conceptos que las relacionan. El momento de inicio de la unidad, es uno de los ejes claves en el ciclo didáctico propuesto, ya que promueve de manera articulada la motivación y la activación y reconocimiento de ideas previas. El trabajar esta instancia predispone positivamente a los estudiantes hacia los nuevos aprendizajes.

Profundización didáctica Que los estudiantes no estén motivados o desmotivados no es una concepción en abstracto. Al examinar las pautas de actuación de los profesores en clases, se pueden observar variaciones que definen el contexto de aprendizaje. No es lo mismo comenzar una clase planteando una interrogante que despierta curiosidad, que pedir a los estudiantes directamente que saquen sus libros y que se pongan a leer. El clima motivacional que los profesores generan en el aula se traduce en la representación que los estudiantes se hacen respecto de qué cuenta en clases. Tapia, J. A. (1997). Motivar para el aprendizaje. España: Editorial EDEBÉ

4

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Es fundamental trabajar la primera unidad del texto en un clima de colaboración y respeto, propiciando en sus estudiantes el diálogo y la participación. Tenga presente que, como clase inicial de la asignatura, una experiencia agradable por parte de sus estudiantes, los condicionará positivamente para el resto del curso. Considere que en las imágenes que se muestran en las páginas se representa una serie de fenómenos asociados a las ondas. En la propagación del pulso

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en el agua, se representa un fenómeno claramente ondulatorio. La imagen de la mujer embarazada, se relaciona con la propagación del sonido. La de la niña con un megáfono, con el concepto de fuente sonora y con la amplificación del sonido. En el caso de las imágenes de los instrumentos musicales, se relacionan con la producción de sonido en cuerdas y cavidades, respectivamente. Propicie la discusión en torno a las preguntas que se encuentran al pie de la página 5. También, es la oportunidad

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

Las preguntas presentes en el TE, se pueden complementar con las siguientes:

1

• ¿Qué piensan que son las ondas? • ¿En qué situaciones de la vida diaria las han percibido? Invite a sus estudiantes a escribir sus respuestas en sus cuadernos o a hacer representaciones gráficas de lo que entienden por una onda. Para construir los nuevos aprendizajes, es importante obtener información de sus ideas previas. Recuerde que el foco de estas páginas es el de motivar y recoger ideas previas. Respecto de esto último, la evidencia nos indica lo siguiente:

Profundización didáctica La motivación es lo que moviliza a una persona en una dirección y con una finalidad determinada. Es, además, la disposición al esfuerzo mantenido por conseguir una meta. Los estudiantes motivados tendrán un interés particularmente diferente en lograr su aprendizaje. Para alcanzar la motivación de los estudiantes se requiere conocer sus necesidades y expectativas. Esto permite, posteriormente, dirigir las conductas hacia acciones benéficas para ellos y su contexto social. • ¿Qué manifestaciones de la energía distingues en las imágenes?

Bello, P. J. (1997). Motivación en tu vida. Venezuela: Editorial Panapo.

• ¿Qué tienen en común los fenómenos presentados en estas páginas?

Física 1.º medio

para recoger ideas y aprendizaje previos de los estudiantes, teniendo en consideración sus preconceptos o conceptos erróneos. Para la primera pregunta: ¿Qué manifestaciones de la energía distingues en las imágenes? Las respuestas esperadas se relacionan con el reconocimiento de las formas de energía en la propagación de una onda en el agua, esperando que exista la idea intuitiva en sus estudiantes, que una onda es en sí, una manifestación de la energía.

5

Se espera, además, que sus estudiantes reconozcan “formas y manifestaciones de la energía”, en la producción y en la propagación del sonido. Para la segunda pregunta: ¿Qué tienen en común los fenómenos presentados en estas páginas? Se espera que sus estudiantes señalen que todos ellos son fenómenos ondulatorios (la perturbación en el agua y el sonido). Otra respuesta adecuada, es que señalen que todos los fenómenos son diferentes manifestaciones de la energía.

El reconocimiento de ideas previas es un hecho fundamental en el desarrollo de la enseñanza, ya que los estudiantes presentan disposición a aprender solo aquello a lo que le encuentran sentido y puede tener significado desde sus propias concepciones. Por esta razón, tienden a rechazar el conocimiento que no le encuentran sentido. Bello Garcés, S. (2007).

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Lección

Orientaciones y estrategias docentes Al inicio de la Lección 1, se propone a los estudiantes una actividad exploratoria y de activación de ideas previas “Para comenzar” de la página 6 del TE.

DESCUBRIENDO LAS ONDAS EN NUESTRO ENTORNO Materiales: cinta adhesiva y palitos de helado (mínimo 10).

Para comenzar

Propósito de la actividad: Visualizar la propagación de una perturbación y reconocer, en dicho fenómeno, ciertas características ondulatorias. Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que con los palitos de helado y la cinta adhesiva armen el montaje sugerido. Luego, solicíteles que perturben uno de los palitos y observen cómo la energía es transmitida de un extremo a otro y, además, que describan la forma en la que ocurre dicho proceso. Guíe la discusión de sus estudiantes e invítelos a explicar y a hipotetizar acerca de “qué es lo que se propaga a través de la cinta”. También, pídales que vinculen sus observaciones con las ideas previas acerca de las ondas.

Con los materiales, arma el montaje de la imagen (procura que la cinta quede tensa). Luego, perturba uno de los palitos y observa. • Describe de qué manera se propagó la perturbación. • ¿Qué es lo que se propaga a través de la cinta?

¿Qué es una onda? Al arrojar una piedra al agua, su energía es transferida a este medio. El impacto inicial genera un pulso en el agua.

Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿De qué manera se propagó la perturbación? Respuesta: La perturbación se propaga en forma de una oscilación que se transmitió de un palito a otro. Pregunta: ¿Qué es lo que se propagó a través de la cinta? Respuesta: Una onda o energía. La actividad se puede complementar haciendo las siguientes preguntas: • ¿Qué sucede si la perturbación inicial sobre un palito es hecha con mayor ímpetu? • Si la cinta se encuentra fija, ¿qué ocurre con la perturbación al “chocar” con el extremo fijo? Luego de la actividad, invite a los estudiantes a observar la infografía de las páginas. En ella, se representa una situación cotidiana. Mediante su análisis guiado se puede realizar una formalización, en conjunto con los estudiantes, del concepto de onda.

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6

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Profundización didáctica En la actividad exploratoria se invita a los estudiantes a que realicen una serie de observaciones, inferencias y explicaciones, todas ellas habilidades fundamentales en el desarrollo del pensamiento científico. ¿Qué nos dice la didáctica al respecto? Trabajar científicamente involucra hacer una predicción basada en la idea y luego reunir evidencia para apoyar la predicción y la aplicación de la idea.

Esto podría ser una larga investigación que implique la experimentación controlada o una simple extensión de las observaciones. Encontrar que la evidencia calce con la predicción y que la idea proporciona una buena explicación significa que esta idea se ha convertido en “más grande”, ya que explica una gama más amplia de fenómenos. Fuente: Evaluación y Educación de la Ciencia Basada en indagación: Aspectos de la Política y la Práctica. Wynne Harlen, 2013.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

El lugar de la perturbación se denomina foco.

1

Solicite a los estudiantes que desarrollen la actividad de la página 7 del TE. Idealmente, esta actividad debe ser realizada por grupos de cuatro estudiantes. Sin embargo, también puede ser una actividad demostrativa, en la que se debe fomentar la participación de todos.

Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que realicen el montaje de la actividad. Luego, que perturben el agua y que observen cómo se mueve la pelotita de plumavit.

Posteriormente, la serie de pulsos concéntricos se alejan del foco, perdiendo energía a medida que lo hacen. En esta situación, podemos distinguir un fenómeno en el cual se transporta energía, pero no materia, al que denominaremos onda.

Resultados esperados: La pelotita oscila verticalmente (de arriba hacia abajo), pero no se observa un desplazamiento horizontal en esta. Puede complementar la actividad con preguntas como las siguientes:

ActividAd

Perturben el agua, haciendo pulsos regulares en ella. Observen la pelotita. • ¿De qué manera se movió la pelotita? Describan. • ¿Qué formas y transformaciones de la energía distinguen en la situación? Física 1.º medio

Para complementar los contenidos y permitir una mayor profundización de los conceptos señalados en las páginas, plantéeles a los estudiantes la siguiente pregunta: ¿En qué otras situaciones cotidianas distinguen fenómenos similares al expuesto en la infografía? En relación con esta pregunta se espera que señalen fenómenos como agitar una cuerda, las olas que se producen en un lago u océano, entre muchos otros.

7

Respecto de la secuencia de imágenes que, se muestran al interior de los círculos, señale que cuando se produce una perturbación sobre el agua, se genera la vibración de este medio, debido a sus características de densidad y elasticidad. Puede señalar, además, que a medida que las ondas se alejan del foco, las circunferencias concéntricas en el agua aumentan de radio, por lo que la altura de dichas ondulaciones (o amplitud) disminuye. Este fenómeno se conoce como atenuación de una onda.

• ¿Cómo podrían afirmar con lo observado en el experimento que las ondas transportan energía y no materia? • ¿En qué dirección se produjo la vibración de la pelotita y en cuál la propagación de la onda? Al finalizar la doble página, pregúnteles a sus estudiantes ¿qué entendieron?, ¿qué les costó más comprender y por qué? Es fundamental tener presente que la metacognición permite el desarrollo de más y mejores aprendizajes, ya que un sistema educativo centrado en cómo aprender y en cómo aprender a pensar, permite que los estudiantes sean capaces de autodirigir su aprendizaje y transferirlo a otros ámbitos de su vida. Para lograr los objetivos de “aprender a aprender” y “aprender a pensar” es necesario fortalecer la adquisición y utilización oportuna de estrategias cognitivas de aprendizaje, entre las cuales destacan las orientaciones al autoaprendizaje y al desarrollo de habilidades metacognitivas.

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1

Propósito de la actividad: Comprender que para que ocurra un proceso ondulatorio, se debe producir la vibración de un medio e inferir que en la propagación de una onda, no es materia la que se transporta sino que energía.

Producto de la perturbación, el agua comienza a vibrar (oscilar) y, con ello, se genera un tren de pulsos que se propagan en ella.

Consigan una pelotita de plumavit y una fuente con agua. Dejen la pelotita en el agua, tal como se ve en la fotografía.

Unidad

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Lección 1

Orientaciones y estrategias docentes

¿De qué maneras se manifiestan las ondas?

Al inicio de la página 8, se propone una actividad práctica, que puede ser trabajada en grupos de cuatro integrantes. Sin embargo, si la mayoría de los estudiantes no cuenta con un resorte tipo “slinky”, la actividad se puede desarrollar de manera demostrativa.

ActividAd

Consigue un resorte tipo slinky. Luego, fija uno de sus extremos y agítalo, tal como se muestra en la fotografía.

Propósito de la actividad: Reconocer que las ondas se pueden propagar de diferentes maneras y, de esta forma, explicar que las ondas pueden ser clasificadas según criterios distintos.

Las ondas pueden manifestarse de diferentes maneras, tal como veremos a continuación.

Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que agiten el resorte según se muestra en la primera fotografía. En esta situación, podrán generar una onda transversal. Solicíteles que describan cómo son los pulsos generados y de qué forma se propagan. Luego, pídales que agiten el resorte como se indica en la segunda fotografía. En esta parte de la actividad, ellos podrán distinguir una onda de tipo longitudinal.

Duración Según la duración, una onda se puede clasificar como un pulso cuando es una única perturbación la que se transmite (gota de agua), o como una onda periódica cuando son una serie de pulsos regulares en el tiempo, como el sonido de una nota musical.

Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Qué diferencias y similitudes encuentras en ambas situaciones? Respuesta: La diferencia es el tipo de pulsos generados en ambas situaciones y la similitud, es que los dos tipos de pulsos tienen igual dirección y sentido de propagación.

Modo de vibración Según la manera que vibra, una onda se puede clasificar como transversal cuando las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de los pulsos (cuerda), y como longitudinal cuando las partículas del medio vibran en la misma dirección de propagación de los pulsos (resorte).

La actividad puede ser complementada con la siguiente pregunta: • ¿En qué situaciones cotidianas se pueden distinguir pulsos similares a los observados en la actividad? Luego de la actividad, invite a los estudiantes a observar las imágenes y a leer las descripciones asociadas. Es importante que señale que cada serie de imágenes, obedece a un criterio diferente de clasificación de ondas. Para el primer criterio “duración”. Puede dar un ejemplo de pulso, empleando el resorte de la actividad inicial de la página al hacer una sola perturbación, y dar un ejemplo de onda periódica al hacer una serie de pulsos regulares.

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Ahora, hazlo vibrar de manera similar a como se ve en la imagen. ¿Qué diferencias y similitudes encuentras en ambas situaciones?

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Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Al momento de explicar la clasificación de las ondas según su modo de vibración, haga el nexo con la actividad inicial, ya que en ella se pudieron distinguir las diferencias entre una onda transversal y una longitudinal. Puede señalar algunos ejemplos de ondas transversales, como la onda que se muestra en la fotografía (mujer agitando una cuerda). Otro ejemplo de onda transversal es la luz. Sin embargo, en este último caso, la forma de las vibraciones no puede ser observada de manera directa. Indique que el sonido y

ciertas ondas sísmicas son ejemplos de ondas longitudinales. Para explicar de mejor manera las diferencias y similitudes entre las ondas transversales y longitudinales, se recomienda que dibuje o proyecte en la pizarra un esquema similar al siguiente.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

1

Medio de propagación Toda onda que requiere de un medio material para su propagación, como una perturbación en el agua, se denomina onda mecánica. Las ondas electromagnéticas, aparte de viajar en medios materiales, también lo pueden hacer en el vacío, como la luz.

Unidad

Para visualizar ondas estacionarias, sugiérales visitar el siguiente sitio web: https://sites.google.com/site/ fisicaflash/home/standing

1

Aporte de la mujer en ciencias A propósito de las ondas estacionarias, indíqueles a sus estudiantes que la física y filósofa francesa, Marie-Sophie Germain (1776-1831), recibió el premio del Instituto de Francia por su trabajo en la modelación de ondas estacionarias en superficies elásticas. Germain, colaboró en otros trabajos con destacados científicos de la época como Gauss y Lagrange. Invite a sus estudiantes a reflexionar en torno a la siguiente pregunta: ¿De qué manera el contexto sociocultural del siglo XIX condicionó la participación de las mujeres en los diferentes ámbitos del conocimiento?

Límites Las ondas que se pueden propagar de forma libre y en una región no limitada, como el sonido, se denominan viajeras. Existen ondas que quedan confinadas a una región del espacio, como la vibración de la cuerda de una guitarra. Estas se denominan estacionarias.

Dimensión

Para el último criterio de clasificación de las páginas “la dimensión”, señale que en las imágenes se muestran un ejemplo de una onda unidimensional (propagación de pulso en el resorte) y otra de una onda tridimensional (luz propagándose desde una fuente luminosa puntual). Por lo que es conveniente que ejemplifique las ondas superficiales, es así como una onda que se propaga sobre el agua o en la membrana de un tambor son ejemplos de ondas bidimensionales.

Las ondas que se propagan en una dirección, como en un resorte, se llaman unidimensionales; las que se transmiten en dos direcciones, como en la superficie del agua, bidimensionales, y las que se propagan en el espacio, como la luz, tridimensionales.

ActividAd Construyan una tabla y clasifiquen todas las ondas representadas en las imágenes según los criterios presentados en estas páginas.

F1P009 Física 1.º medio

En el inicio de la página 8, se presenta la clasificación de las ondas según el medio de propagación. Es así que las ondas pueden ser clasificadas en mecánicas o electromagnéticas. Para profundizar más en el tema, señale a sus estudiantes que las ondas mecánicas se originan por la perturbación en ciertas propiedades mecánicas de un medio, como la posición, la velocidad o la energía de las partículas que lo conforman. En cambio, una onda electromagnética, se produce por la perturbación de las propiedades eléctricas y magnéticas del espacio.

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Propicie que los estudiantes discutan y analicen la clasificación de las ondas según el criterio de “límites”. De esta forma, las ondas pueden ser clasificadas en viajeras o estacionarias. Es importante que aclare que, en determinadas condiciones, el sonido también se puede confinar en el espacio, por lo que con este también se pueden producir ondas estacionarias. Para profundizar más en relación con las ondas estacionarias, señale que estas son ondas que quedan relegadas a una determinada región del espacio.

Para finalizar los contenidos de las páginas invite a los estudiantes a desarrollar la actividad de cierre y síntesis. Propósito de la actividad: Clasificar, mediante la construcción de una tabla, los diferentes tipos de ondas presentadas en las imágenes de las páginas. Desarrollo de la actividad: Es importante que les señale a sus estudiantes que la mayoría de las ondas se pueden clasificar en más de un criterio. Por ejemplo, una perturbación en el agua, puede clasificarse como mecánica y bidimensional, o los pulsos que se propagan en una cuerda, como una onda transversal, mecánica y periódica (en el caso de que sean regulares). Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 1

Orientaciones y estrategias docentes

¿Cómo caracterizamos una onda?

En las páginas se presentan las diferentes características de las ondas. Para explicarlas de mejor manera, puede señalar que dichas características se clasifican en elementos espaciales y temporales. Los elementos espaciales de una onda, son aquellos que se relacionan con la distancia entre dos puntos determinados de una onda. En este caso, corresponden a la amplitud de onda y a la longitud de onda. Dibuje un esquema como el siguiente.

En las páginas anteriores estudiamos que las ondas se manifiestan de diferentes maneras; sin embargo, todas ellas tienen características comunes, tal como se señala a continuación. La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos puntos consecutivos que se comportan de la misma forma (tienen igual fase). También se puede considerar como la distancia entre dos montes o valles consecutivos.

λ

A

La amplitud (A) es la distancia entre un monte o un valle y la posición de equilibrio.

Posición de equilibrio

Valle

Pregunte a sus estudiantes qué diferencia a las dos ondas. Luego, explique que la onda inferior presenta una mayor amplitud e indique además, que la amplitud de una onda puede entregar información respecto de la energía que esta transporta.

El período (T ) es el tiempo que tarda en producirse un ciclo. T= Ciclo

Se mide en segundos (s).

Un ciclo es una oscilación completa.

Para explicar el concepto de longitud de onda, dibuje o proyecte en la pizarra un esquema similar al siguiente:

Tiempo N° de ciclos

ActividAd Analiza el gráfico que representa una onda periódica que tarda 5 s en ir de A hasta B.

10 cm

Longitud de onda λ

A

B

• ¿Cuántos ciclos realiza? • ¿De qué manera puedes determinar su período y frecuencia?

Longitud de onda λ

Señale que la distancia entre dos puntos que poseen igual fase (como dos montes o dos valles) es la longitud de onda. En relación con esto, indique que la onda superior del esquema posee mayor longitud de onda que la inferior.

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10

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Explique a sus estudiantes que los elementos temporales de una onda corresponden al período, la frecuencia y la rapidez de propagación, ya que son magnitudes relacionadas con el tiempo. En el caso del período, señale que es un concepto que también se relaciona con otros tipos de fenómenos, como la oscilación de un péndulo, el giro de una rueda, la oscilación de un resorte, la rotación y/o traslación de la Tierra, entre muchos. Por otro lado, la frecuencia corresponde a una cantidad de ciclos por unidad de tiempo, y también es

un concepto relacionado con todo tipo de movimiento periódico. Para profundizar en aquello, propóngales a sus estudiantes la siguiente actividad.

Actividad complementaria • Determinar la frecuencia y período de un péndulo que realiza 50 oscilaciones en 2 minutos. • Determinar la frecuencia y período del movimiento de rotación terrestre.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

La frecuencia ( f ) es el número de ciclos que efectúa una onda por unidad de tiempo. f = Ciclos Tiempo Monte

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en hertz (Hz) y que corresponde a 1 o s-1. También se puede expresar como: s f= 1 T= 1 T f

1

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Unidad

Al final de la página 10, se les propone a los estudiantes una actividad de análisis de una representación gráfica de una onda.

1

Propósito de la actividad: Determinar, a partir del análisis del gráfico de una onda, ciertos elementos como la cantidad de ciclos, el período y la frecuencia. Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que se reúnan en parejas, solicitándoles explícitamente que intercambien ideas con su compañera(o) de trabajo. Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Cuántos ciclos realiza la onda? Respuesta: Tres. Pregunta: ¿De qué manera puedes determinar su período y frecuencia? Respuesta: El período se puede determinar dividiendo el tiempo que la onda tarda en ir de A hasta B, por la cantidad de ciclos (tres). La frecuencia, se puede determinar al dividir la cantidad de ciclos (tres), por el tiempo que la onda tarda en ir entre los puntos A y B.

La rapidez de propagación de una onda (v) relaciona la distancia recorrida por ella (longitud de onda) con el tiempo que tarda en hacerlo (período). Se representa por: λ v= T 1 Si T= , entonces la rapidez es v = λ ∙ f (en el SI se mide en m/s). f

La física con algo de humor ¡Chicos! ¿Podrían dejar de aplicar física de ondas al jugar con la cuerda?

Al final de la página 11, se presenta la sección “La física con algo de humor”. ¿Por qué es importante desarrollar experiencias de este tipo en la educación de las ciencias? La evidencia nos señala lo siguiente:

Profundización didáctica

Física 1.º medio

11

La alfabetización científica En estas páginas se introduce una serie de conceptos que pueden resultar nuevos para los estudiantes, pese a que quizás tengan alguna noción intuitiva de ellos. Al introducir conceptos científicos nuevos y darles un contexto y significado adecuados, se está alfabetizando desde el punto de vista de la disciplina científica. Según entidades internacionales, la alfabetización científica se define como: La capacidad

de un individuo para utilizar el conocimiento científico. Lo anterior, le permite identificar preguntas, adquirir nuevos conocimientos y sacar conclusiones basándose en evidencias. En este contexto, la alfabetización científica ha sido declarada como la gran finalidad de la ciencia en la escuela. OCDE, 2008; UNESCO, 2005.

¿Cuál es el valor pedagógico del humor? Tanto para el profesor como para los estudiantes, el humor como herramienta de aprendizaje ayuda a establecer una mejor relación, a reducir el estrés y la ansiedad y proporciona una recompensa emocional que motiva la participación y el estudio, estimulando la atención, la creatividad y la memoria. Además, el humor genera experiencias agradables que permiten fijar los nuevos aprendizajes, convirtiéndolos en significativos. Toda experiencia emocionalmente placentera, estimula la cognición. Fuente: Revista Interuniversitaria de Formación del Profesorado, vol. 23, núm 3, diciembre. 2009. pp. 203-215.

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Lección 1

Orientaciones y estrategias docentes En estas páginas se presentan algunas de las propiedades de las ondas. Esto se hace a partir de una infografía. La refracción se ejemplifica en la imagen, con el cambio de dirección de un haz de luz que ingresa al agua. Mencione a sus estudiantes que cuando la refracción de una onda ocurre, la frecuencia de esta se mantiene constante. Es esta situación lo que cambia es la longitud de onda y la rapidez de propagación. Para profundizar en relación con el fenómeno de la refracción de las ondas lumínicas, puede sugerirles a sus estudiantes que sumerjan un lápiz al interior de un vaso con agua, y que observen cómo cambia la imagen del lápiz a partir de la interfaz que separa el aire y el agua, tal como se muestra en el siguiente esquema:

¿Cuáles son las propiedades de las ondas? Para analizar algunas propiedades de las ondas, prestemos atención a ciertos fenómenos que ocurren en nuestro entorno.

se debe a la refracción de la luz.

Errores frecuentes Es común pensar que la refracción es solo una variación en la dirección en la que se propaga una onda cuando esta cambia de un medio de propagación a otro. Aclare a sus estudiantes que si una onda cambia de un medio a otro (para un ángulo de incidencia distinto de 0°), la magnitud física que varía es la longitud de onda de la onda, lo que implica que la velocidad de esta se modifica. Esto, finalmente conlleva a un cambio en la dirección de la onda. Sin embargo, clarifique que la variación en la dirección de la onda no es la causa ni la explicación inmediata del fenómeno, sino que es una consecuencia. Otro hecho que debe aclarar es que, cada vez que se produce refracción, hay también reflexión. 38

Onda incidente Normal

La refracción sucede cuando una onda viajera, como el sonido o la luz, pasa de un medio a otro que posee diferente densidad. Producto de esto, experimenta un cambio en su velocidad y, en consecuencia, en su dirección, tal como se ve en el rayo de luz que ingresa al agua (observa también el esquema de la derecha). Es importante señalar que siempre que hay refracción, también se produce reflexión.

½½ El fenómeno expuesto en el esquema,

αi

Medio 1

Medio 2 αR Onda refractada

12

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Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

También, en la doble página se presenta el fenómeno de reflexión de las ondas. Estas se representan en la imagen, a través de las ondas del sonar emitidas por el barco. Señale que para analizar la reflexión de una onda, se define una recta imaginaria denominada normal, perpendicular a la superficie que separa los medios (de ahí su nombre). Es importante que indique que algunas propiedades de la reflexión son: • La normal, onda incidente y la onda reflejada se encuentran en el mismo plano.

• El ángulo de incidencia (respecto de la normal) y el de reflexión son de igual medida.

Actividad complementaria • Para dos frentes de ondas que inciden sobre una superficie en ángulos de 30° y 65°, respectivamente (en relación con la normal), dibujar los frentes de ondas reflejados. • ¿Cuál es el ángulo de reflexión de una onda que incide en 0°, respecto de la normal?

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

1

Unidad

Orientaciones para la actividad final de la doble página.

1

Propósito de la actividad: Reconocer en fenómenos cotidianos las propiedades de las ondas expuestas en las páginas.

La difracción de una onda ocurre cuando un frente de ondas atraviesa una abertura. Es más notoria cuando esta última es de dimensiones similares a la longitud de onda. Al pasar por ella, se produce un nuevo foco emisor, desde donde la onda se propaga en múltiples direcciones. En la imagen se representa la difracción cuando el oleaje atraviesa la abertura en la roca.

Desarrollo de la actividad: La actividad puede ser trabajada de manera individual o en parejas. En el caso que sea desarrollada en parejas, es recomendable que la segunda pregunta sea respondida de manera individual y luego, sean intercambiadas las respuestas para su análisis en conjunto. Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿En qué otros fenómenos cotidianos distingues las propiedades de las ondas? Respuesta: La refracción puede visualizarse, por ejemplo, cuando aparentemente cambia la forma de una cuchara dentro de un vaso con agua. La difracción en el oleaje del mar o el sonido que atraviesa la abertura dejada por una ventana, y la reflexión cuando podemos percibir nuestra imagen en un espejo.

 Si una onda incide en un ángulo

(αi ), esta es reflejada en un ángulo de igual medida (αr ) respecto de una recta normal.

Onda incidente

Onda reflejada

ActividAd

Normal

La reflexión se produce cuando una onda incide en el límite que separa dos medios. Producto de lo anterior, parte de ella retorna al medio original.

Respecto de la segunda pregunta, el objetivo de esta es desarrollar en los estudiantes el pensamiento divergente. ¿Por qué es importante trabajarlo? La evidencia indica lo siguiente:

αi

αr

• ¿Qué sucedería si las ondas lumínicas no se refractaran? Propón un escenario hipotético. Física 1.º medio

En la página 13, se presenta otra propiedad de las ondas, la difracción. Señale que este fenómeno se produce cuando un frente de ondas, propagado en una sola dirección, atraviesa una abertura de dimensiones similares a la longitud de onda de la onda. En la imagen, la difracción es representada cuando el oleaje atraviesa la abertura dejada por las rocas. Señale a los estudiantes que la difracción ocurre en ondas sonoras, en ondas superficiales que se propagan sobre fluidos y también en ondas electromagnéticas.

Profundización didáctica

• ¿En qué otros fenómenos cotidianos distingues las propiedades de las ondas?

13

Para ilustrar la idea de que la difracción es más visible cuando la abertura por la que pasa el frente de ondas es similar a la longitud de onda, dibuje en la pizarra un esquema similar al siguiente:

El pensamiento divergente es aquel que elabora criterios de originalidad, inventiva y flexibilidad. A través del pensamiento divergente, la creatividad puede desarrollarse tanto en la invención como el descubrimiento de objetos o técnicas. Existen varias técnicas con las que se estimula el pensamiento divergente, la más empleada es someter a los estudiantes a situaciones en las que la imaginación es el vehículo para encontrar respuestas. Por ejemplo, cuando se les propone preguntas como: ¿Qué sucedería si la fuerza de gravedad dejara de existir? o ¿qué ocurriría si de un momento a otro no hubiera energía eléctrica? Buron, J. (2006) Motivación y aprendizaje. Mensajero. Bilbao.

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Lección 1

Orientaciones y estrategias docentes

Superposición de ondas Cuando una serie de ondas, como perturbaciones en el agua, interactúan entre sí, entonces se generan cruces entre ellas. En esta situación podemos hablar de superposición de ondas.

En la página 14, se presenta otra propiedad de las ondas, la superposición. Explique que cuando dos ondas se propagan en el mismo medio, y en la misma o diferente dirección, se pueden superponer, es decir, las ondas individuales se suman produciendo una onda resultante. Cuando se genera la superposición de las ondas, estas siguen avanzando después de interferir o superponerse conservando sus propiedades.

Interferencia constructiva

Interferencia destructiva

 Si ondas del mismo tipo se superponen,

se puede generar un fenómeno conocido como interferencia. En las zonas donde las ondas se potencian (o suman), se produce interferencia constructiva, y en donde se anulan, interferencia destructiva.

En la imagen de fondo de la página, se aprecian múltiples perturbaciones sobre el agua. En dicha situación es posible distinguir el fenómeno de superposición de ondas. Señale que cuando dos ondas del mismo tipo se superponen, es posible observar el fenómeno de interferencia. Para explicarlo de mejor manera, dibuje o proyecte en la pizarra un esquema similar al siguiente:

Patrón de interferencia

ActividAd

Consigan una cubeta transparente con agua, libros y una lámpara.

Es importante que indique que en el fenómeno de interferencia, existen regiones donde las ondas se suman, denominadas interferencia constructiva, y que hay otras zonas donde las ondas se anulan, llamadas interferencia destructiva. Adicionalmente a lo presentado en la página, puede proponer preguntas como las siguientes: • ¿El sonido también experimenta superposición e interferencia? • Una onda que se propaga a través de una cuerda, ¿se puede superponer con otra?

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Pongan en alto la fuente e ilumínenla desde arriba. Luego, empleando los dedos, hagan pulsos regulares en el agua. Observen los patrones generados.

• ¿Qué fenómeno se produce?, ¿cómo lo saben? • ¿Qué modificaciones le harían al experimento para observar difracción? 14

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

En la parte inferior de la página, se propone una actividad experimental. Propósito de la actividad: Observar y describir el fenómeno de interferencia. Desarrollo de la actividad: Para que las ondas sean visualizadas de forma adecuada, es necesario oscurecer la sala de clases o laboratorio, ya que estas se proyectan sobre la superficie de la mesa. Otra consideración importante al momento de trabajar la actividad, es la de situar la fuente o cubeta sobre una hoja o cartulina blanca.

Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Qué fenómeno se produce? Respuesta: Interferencia, ya que se puede distinguir su patrón y las zonas de interferencia destructiva y constructiva. Pregunta: ¿Qué modificaciones le harían al experimento para observar difracción? Para observar difracción, deberían situarse dos obstáculos dentro del agua. Luego, con un libro o trozo de madera, se debería golpear un borde de la cubeta de manera de generar un frente de ondas plano.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

INVESTIGACIÓN PASO A PASO

1

¿De qué manera se relacionan las ondas con la energía? Paso 1 Planteo una hipótesis Respecto de la pregunta formulada inicialmente, planteen una hipótesis.

Paso 2 Planifico y ejecuto una investigación

Unidad

Resultados esperados de la actividad: Se espera que los estudiantes puedan establecer una relación entre las ondas y la energía. Esto es fundamental, ya que era uno de los principales propósitos del objetivo de aprendizaje. Dado que esta actividad cierra la primera lección del texto, haga un alto para que sus estudiantes reflexionen en su propio proceso de aprendizaje.

1

Apoyo metacognitivo

Consigan un recipiente, film plástico, arroz, la tapa de una olla, una cuchara y un silbato.

A continuación se presenta una serie de preguntas metacognitivas que les puede proponer a los estudiantes y que están dirigidas a los diferentes momentos del aprendizaje.

Tensen el film sobre el recipiente y pongan el arroz sobre él. Golpeen con fuerza la tapa de la olla y observen.

 Hagan sonar el

silbato con fuerza.

Paso 3 Organizo y analizo los resultados a. ¿Qué formas de energía se manifestaron en la situación? b. ¿Qué transformaciones de la energía se observaron?, ¿qué evidencias tienen de aquello? DESAFÍO

Paso 4 Concluyo y comunico a. ¿De qué manera las ondas y la energía están relacionadas? b. ¿Qué otros materiales les hubieran servido para la actividad? c. ¿De qué forma comunicarían su investigación?

¿Cómo se podría observar interferencia en ondas que viajan en una cuerda? Investiguen y propongan un experimento. Física 1.º medio

En la página 15 (página final de la lección 1), se propone una investigación modelada en una secuencia de pasos, los que están relacionados de manera directa con las habilidades del pensamiento científico. Para poder realizarla de manera efectiva, debe solicitar con anticipación los materiales a sus estudiantes. Propósito de la actividad: Comprobar, mediante la experimentación, que las ondas transportan energía.

15

Desarrollo de la actividad: Invite a sus estudiantes a plantear una hipótesis respecto de la pregunta propuesta en el título de la investigación. Al realizar la actividad, ellos deben observar que los granos de arroz ubicados sobre el film plástico, se mueven al emitir un sonido intenso. Sin embargo, si el movimiento no es del todo perceptible, debido al peso del arroz, puede sugerir que este último sea reemplazado por granitos de sémola o pequeñas pelotitas de plumavit. Cerciórese que los integrantes de los grupos de trabajo intercambien roles.

Preguntas dirigidas al conocimiento • ¿Qué sé del tema? • ¿Conozco el significado de…? • ¿Qué he aprendido sobre esto? Preguntas dirigidas al proceso • ¿Qué habilidades he desarrollado? • ¿Qué me ha resultado más fácil? • ¿Qué pasos he debido seguir? • ¿Comprendí las instrucciones? Preguntas dirigidas a las actitudes • ¿He sido sistemático? • ¿Cuánto interés tengo en esta tarea? • ¿Me siento motivado para continuar? • ¿Colaboro con mis compañeros en tareas y trabajos asignados? • ¿Asumo un rol activo en el grupo de trabajo? Preguntas dirigidas a las tareas • ¿Me gusta esta actividad? • ¿Para qué me puede servir esto en mi vida cotidiana? Preguntas dirigidas a las estrategias • ¿Qué estrategias utilicé para resolver la tarea que se me encomendó? • ¿Han sido efectivas mis estrategias? De no ser así, ¿qué puedo hacer para mejorar?

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2

Lección

Orientaciones y estrategias docentes En el inicio de la Lección 2, se propone a los estudiantes una actividad exploratoria y de activación de ideas previas “Para comenzar”. También, a partir de su desarrollo, se espera que los alumnos se motiven y se predispongan positivamente a los aprendizajes que se inician.

EL SONIDO ES PARTE DE NUESTRO MUNDO Materiales: una botella o un tubo de ensayo y una banda elástica.

Para comenzar

Propósito de la actividad: Relacionar algunos procesos vibratorios (en una cavidad y en una cuerda), con la generación de sonido. Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que, empleando un tubo o una botella, soplen suavemente en el extremo superior, de modo de producir un sonido. Luego, solicíteles que tensen y hagan vibrar el elástico, de manera que también se origine un sonido. De forma complementaria, puede solicitarles que hagan vibrar una regla, sosteniendo uno de sus extremos. En este caso, también la vibración produce un leve sonido.

Sopla en el extremo del tubo. Pon mucha atención a lo que sucede.

Tensa el elástico y hazlo vibrar. ¿Qué sucedió en ambos casos? Describe. ¿Qué tienen en común las dos situaciones?

¿Qué es el sonido?

Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Qué sucedió en ambos casos? Respuesta: En las dos situaciones se produjo un sonido al perturbar el objeto.

El sonido se origina por la vibración de un objeto, como las cuerdas de una guitarra, y puede ser entendido como un frente de ondas esférico que se propaga por un medio físico, como el aire o el agua.

Pregunta: ¿Qué tienen en común las dos situaciones? Respuesta: En ambas situaciones se produce un proceso de vibración. En la primera, vibra la columna de aire dentro del tubo y en la segunda, el elástico sometido a tensión. La actividad puede ser complementada con las siguientes preguntas: • ¿Cómo varía el sonido que se produce en el elástico si la tensión de este aumenta? • ¿De qué forma varía el sonido que se produce al soplar el extremo de la botella o tubo, si a estos se les añade un poco de agua? Luego de la actividad, invite a los estudiantes a observar la imagen principal de las páginas, en la que se representa una joven tocando guitarra. Emplee dicha imagen para explicar cómo se origina el sonido.

42

16

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

También, y asociado a la joven tocando guitarra, se representan las ondas de sonido. Señale a sus estudiantes que dichas ondas no son visibles, y que su representación cumple una función didáctica. Permitiendo de esta manera, entender el fenómeno. Explique a sus estudiantes que debido a que el sonido es un frente de ondas esférico, es posible escucharlo desde diferentes posiciones. Señale algunos ejemplos como el sonido de una ambulancia o un trueno, que son oídos por receptores en distintos lugares de una ciudad.

Actividad complementaria Completa, marcando un ticket, en la siguiente tabla. Ondas sonoras Criterio

Categoría

Medio de Electromagnética propagación

Mecánica

Forma de vibración

Longitudinal

Transversal

Forma de propagación

Tridimensional

Unidimensional

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

Las moléculas de aire cercanas a la fuente sonora vibran. Esta vibración se transmite como una sucesión de compresiones y descompresiones (o rarefacciones). Por esta razón, el sonido es una onda longitudinal.

1

Compresión λ

λ Rarefacción

Unidad

En la página 17, también se presentan ejemplos de diferentes fuentes sonoras como los instrumentos musicales, parlantes y la voz humana. Respecto de esta última, señale que la emisión de la voz es un proceso en el cual se utiliza el aire para hacer vibrar las cuerdas vocales, que es la estructura especializada para producir sonido.

1

El paso del flujo de aire a través de la laringe hace vibrar a las cuerdas vocales, generando un sonido leve. Este es amplificado por tres cavidades, la faringe, la cavidad nasal y la cavidad oral, las que modifican el sonido producido en las cuerdas vocales y le añaden el timbre.

½½ Al representar una onda sonora, los

montes del gráfico deben coincidir con las zonas de compresión, y los valles, con las de rarefacción. Es importante señalar que esta manera de representar una onda es convencional, por lo que podría considerarse al revés.

Adicionalmente, el tono está dado por la cantidad de vibraciones que se producen en las cuerdas vocales, y la intensidad con la potencia del aire al salir de los pulmones.

Fuentes sonoras Todo objeto material que vibre puede, eventualmente, ser una fuente sonora, como una moneda que cae al suelo, un parlante, un instrumento musical o la voz humana, entre muchas otras.

En un audífono o radio, la energía eléctrica es transformada en mecánica cuando vibra la membrana del parlante.

Actividad complementaria Para profundizar en los diferentes tipos de fuentes sonoras, invite a los estudiantes a trabajar en torno a las siguientes actividades:

En la voz humana se produce la vibración de una serie de replieges musculares, conocidos como cuerdas vocales. Física 1.º medio

Indíqueles a sus estudiantes que el sonido es una onda longitudinal que avanza como frentes de presiones. Por ello, una onda sonora es considerada también una onda de presión, como aquella que se propaga en un resorte que se hace vibrar a lo largo, o ciertas ondas sísmicas. En la página 17, se muestra de qué forma se puede relacionar las compresiones y rarefacciones de una onda sonora con una representación gráfica de una onda. Explique que las compresiones coinciden con los montes de las ondas y las descompresiones con los valles.

17

Errores frecuentes Al analizar la forma en que se propagan las ondas sonoras, se puede inducir a pensar erróneamente que el sonido (audible) es únicamente transportado por las zonas de compresión de una onda. Es importante que aclare que el sonido es una fluctuación alternada entre zonas de compresión y de rarefacción, y que en conjunto, pueden ser apreciadas como un todo, es decir, sonido.

• ¿Qué tipos de instrumentos musicales existen? • ¿Qué importancia tienen las cajas de resonancia en los instrumentos musicales? • ¿En qué rango de frecuencia se encuentran las voces de hombres y mujeres? • ¿Cuáles son las principales afecciones de la voz humana? • ¿Cómo se produce el sonido en un instrumento amplificado eléctricamente?

Dado los contenidos trabajados en estas páginas, puede planificar y realizar una serie de actividades con docentes de otras asignaturas, como la asignatura de música (instrumentos musicales) y de biología (voz humana y afecciones de la misma).

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

¿De qué manera percibimos el sonido?

En estas páginas se presenta la forma en la que el ser humano percibe el sonido. Explique a los estudiantes que el aparato auditivo está diseñado para captar vibraciones mecánicas provenientes del ambiente, las que son transformadas en impulsos eléctricos. Por esta razón, toda la estructura auditiva es considerada un transductor mecano-eléctrico, es decir, transforma ondas sonoras en señales eléctricas.

Las ondas sonoras son captadas por una estructura llamada pabellón auricular.

Es importante que se asista de la ilustración presente en las páginas para indicar, paso a paso, la forma en la que las ondas sonoras son captadas y convertidas en señales eléctricas. Para profundizar en ciertos aspectos del proceso de audición, señale que al interior de la cóclea, existe un líquido denominado perilinfa, el que transmite las ondas de presión al órgano de Corti. Esta vibración es transmitida a las células ciliadas; son estas últimas que emiten pulsos eléctricos a través del nervio auditivo al cerebro. Finalmente, es nuestro cerebro que interpreta dichas señales como sonido.

Tímpano

Luego, las ondas viajan por el canal auditivo, transmitiéndole su energía a una membrana denominada tímpano, la que vibra en la misma frecuencia que las ondas sonoras.

Tecnologías correctivas de la audición

Recuerde que a medida que los estudiantes avanzan en las páginas, se espera que integren más conceptos y habilidades. Esto es fundamental para generar en ellos una manera de entender el mundo que los rodea. Por esta razón, cobra más relevancia la noción de alfabetización científica, como objetivo esencial del quehacer docente.

A medida que una persona envejece, pierde su capacidad auditiva, dado que las células ciliadas se mueren de forma progresiva. Una manera de compensar esta pérdida auditiva, es emplear un audífono, el que amplifica las ondas sonoras, mediante energía eléctrica. 18

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

La alfabetización científica El primer principio del los diez principios de la educación en ciencias (Harlen, 2012) indica que: durante todos los años de educación obligatoria las escuelas deberían buscar en forma sistemática el desarrollo y la mantención de la curiosidad de los estudiantes acerca del mundo, el gozo de la actividad científica y la comprensión sobre cómo pueden explicarse los fenómenos naturales.

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Profundización disciplinar A propósito de los contenidos trabajados en estas páginas, puede explicar que en la naturaleza no todos los seres vivos perciben de igual manera las ondas sonoras. Por ejemplo, ciertos insectos como los grillos, tienen cavidades en sus patas que están cerradas por una fina membrana que cumple una función similar a la del tímpano en los seres humanos. Otros insectos como las cucarachas, perciben el sonido a través de vellosidades que cubren su cuerpo. Por otro lado, los peces tienen un sistema para percibir ondas sonoras llamado línea lateral. Este detecta pequeñas vibraciones en el agua y está conformado por una serie de canales que se encuentran bajo su piel y en cada uno de sus costados. En el interior de la línea lateral existen receptores denominados neuromastos, los que no solo son capaces de detectar vibraciones en el agua.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad Nervio auditivo

Las vibración del tímpano es transmitida por un sistema de pequeños huesos a la ventana oval, que se encuentra en la cóclea. El líquido en esta estructura transmite ondas de presión hasta el órgano de Corti.

1

Cóclea

Ventana oval

Las vibraciones del órgano de Corti son transmitidas a una serie de células especializadas denominadas células ciliadas, que transforman la vibración en señales que viajan por el nervio auditivo hasta el cerebro.

Unidad

A modo de dato curioso, puede explicarles a sus estudiantes que en ciertas ocasiones, cuando una persona viaja en avión y siente algunas molestias en sus oídos durante el despegue y/o aterrizaje. Estas se originan por una diferencia de presión entre el aire que se encuentra atrapado en el oído medio con el aire que está en el exterior. Para solucionar esta molestia, se recomienda mascar chicle o inducir un bostezo. Con lo anterior, se tiende a abrir la trompa de Eustaquio (ducto que comunica el oído con la nariz). Permitiendo que las presiones interna y externa se equilibren.

1

A modo de síntesis de los conceptos trabajados en estas páginas, les puede solicitar a los estudiantes que desarrollen algunas de las actividades sugeridas a continuación.

Actividad complementaria

El implante coclear es un dispositivo electrónico que estimula el nervio auditivo y lo hace mediante una prótesis que se fija al cráneo, un micrófono y un microprocesador, y electrodos que se implantan en la cóclea. Es uno de los sistemas más eficientes en la solución problemas de audición asociados al oído interno. Idealmente debe ser instalado a temprana edad. Física 1.º medio

Al pie de ambas páginas se señalan algunas tecnologías correctivas de la audición. Explique que muchas de las afecciones auditivas se vinculan con daños en la cóclea. Décadas atrás, las patologías auditivas asociadas al oído interno estaban fuera del alcance de la medicina. Sin embargo, hoy en día existen tratamientos como el implante coclear, explicado de manera general en la página 19. Señale también, que con la edad, las personas pierden progresivamente la audición (este es un proceso natural). Generalmente,

19

son las células ciliadas externas las que se pierden inicialmente (estas están vinculadas a los sonidos agudos).

Actividad complementaria

• ¿Cuáles son los medios y estructuras por las que viaja una onda sonora desde que entra al canal auditivo y llega hasta la cóclea? • Construye un esquema del oído, señalando con claridad las diferentes estructuras que lo componen y explicando sus funciones. • Investiga y describe los aparatos auditivos de algunas especies animales y que sean diferentes a las del ser humano. • ¿Por qué las células ciliadas tienen diferencias en su longitud? • ¿De qué manera una onda mecánica es transformada en una señal nerviosa en el aparato auditivo? • ¿Por qué es recomendable que el implante coclear sea instalado a edades tempranas?

• ¿Qué estructuras están dañadas en las enfermedades investigadas? • ¿Cuáles son las causas de dichas afecciones auditivas? • ¿Existen tratamientos médicos en los casos investigados?

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

¿Qué sonidos podemos percibir?

El propósito de estas páginas es analizar el rango de audición del ser humano, y compararlo con el de otras especies animales.

En la naturaleza, no todos los animales perciben las mismas frecuencias sonoras. Los sonidos cuyas frecuencias son inferiores a los 20 Hz, se denominan infrasonidos y los superiores a 20 000 Hz (20 kHz), ultrasonidos.

Explique a sus estudiantes que el espectro auditivo del ser humano, corresponde al rango de frecuencias sonoras que pueden ser percibidas. En general, para una persona joven y en óptimas condiciones, este va de los 20 Hz a los 20 kHz. En las páginas también se presentan algunas de las frecuencias que pueden ser percibidas por otras especies animales. Por ejemplo, se menciona que los elefantes pueden detectar frecuencias menores a los 20 Hz (infrasonidos). Señale que esto es posible debido a su fisiología, ya que la mayor distancia entre sus aparatos auditivos les permite oír frecuencias bajas. Otro dato interesante respecto de estos animales, es que utilizan las ondas de infrasonido para comunicarse entre ellos, pese a estar separados por varios kilómetros de distancia. Los elefantes pueden captar ondas de infrasonido empleando sus patas.

Los elefantes pueden percibir frecuencias menores de 20 Hz.

Convencionalmente, el ser humano puede percibir sonidos entre los 20 Hz y los 20 kHz, aunque este rango varía de persona a persona y con la edad.

0

20 Hz

20 000 Hz

CeluLab

En la página 20, se propone una actividad a los estudiantes en las que pueden usar sus teléfonos celulares. Propósito de la actividad: Estimar el rango auditivo de los estudiantes empleando una aplicación tecnológica de libre uso. Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que descarguen un generador de frecuencias de libre uso. En la actualidad, existe una gran cantidad de opciones, por lo que no tendrán problemas en hacerlo. Puede sugerirles que instalen la aplicación solo para la actividad y la desinstalen una vez terminada. Es importante emplear audífonos, ya que así se puede escuchar de manera aislada de ruido ambiental. El estudiante que tiene puesto los audífonos debe hacer una señal cuando deje de percibir los sonidos graves o agudos. El otro estudiante registra los valores al observar el celular.

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Descarguen en su celular, una aplicación de libre uso de un generador de frecuencias sonoras.

20

Empleando audífonos, señalen cuál es la menor y cuál la mayor frecuencia que pueden oír. Intercambien roles. ¿Por qué con la edad se pierde inicialmente la capacidad de oír los sonidos agudos? Investiguen.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Es importante que en la actividad se intercambien roles. Puede solicitarles a sus estudiantes que les entreguen los datos obtenidos por cada uno de ellos. A partir de dicha información, determine en la pizarra un valor medio para el grupo curso y compárenlo con el rango de frecuencia señalada en el Texto. De haber diferencias, invite a sus estudiantes a que propongan distintas explicaciones. Finalmente, invite a los estudiantes a investigar respecto de la pregunta con la que se cierra la actividad.

La importancia de las evidencias en ciencias En la actividad, cuando los estudiantes recolectaron datos empleando la aplicación del celular, lo que hicieron fue recoger evidencias, las que luego compararon con los datos teóricos entregados por el Texto. Señale que las evidencias son fundamentales en el proceso científico, ya que a partir de ellas se puede redirigir un estudio o descartar una hipótesis.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

Los gatos pueden detectar frecuencias sonoras de entre los 30 Hz y los 50 kHz.

1

Algunas especies de polillas pueden llegar a percibir ondas sonoras de 300 kHz.

Unidad

En la parte inferior de las páginas se representa un delfín, que emplea ondas sonoras para cazar. Señale que muchos cetáceos emiten ondas de ultrasonido para capturar su alimento o para comunicarse con otros individuos de la misma especie. Las ondas de ultrasonido emitidas por un delfín, son reflejadas en la presa y vuelven a él, permitiendo generar una especie de “imagen”. Este sistema se conoce como ecolocalización.

1

Centros de investigación en Chile

50 000 Hz

En la actualidad, el Servicio Nacional de Geología y Minería (Sernageomin) ha instalado una serie de detectores de infrasonidos en la localidad de Caviahue, en Argentina. De esta manera, espera llevar un monitoreo de la actividad volcánica en Chile, ya que en todos los eventos asociados al vulcanismo se emiten ondas infrasónicas. Con ello, se pretende generar un sistema de alerta temprana de erupciones volcánicas.

300 000 Hz

Actividad complementaria En relación con el rango auditivo de otras especies animales, presénteles a sus estudiantes una tabla similar a la siguiente.

Los delfines, así como otros cetáceos, utilizan ondas de ultrasonido para cazar a sus presas. El sistema que emplean se denomina ecolocalización.

Física 1.º medio

Invite a los estudiantes a analizar los rangos auditivos de los otros animales señalados en estas páginas (gato y polilla). Vuelva a recordar que la capacidad de percibir determinadas frecuencias está relacionada con la distancia de separación de los oídos. Puede mencionar que generalmente, los infrasonidos están asociados a catástrofes naturales y que son percibidos por especies animales, por esto pueden anticipar este tipo de fenómenos. Los seres humanos también percibimos estas frecuencias asociadas a ciertas catástrofes.

21

Por esta razón, algunas personas despiertan segundos antes de que se produzca un movimiento sísmico, ya que perciben de forma previa al movimiento, las ondas de infrasonido asociadas a dicho fenómeno. También se generan ondas de infrasonido en otro tipo de catástrofes como tormentas, huracanes e incluso maremotos. Indique que es un hecho demostrado que el ser humano, al igual que muchas especies animales, toma instintivamente una actitud defensiva y de alerta al percibir ondas de infrasonido.

Especie

Rango auditivo

Ratón

1000 Hz – 95 kHz

Perro

60 Hz – 45 kHz

Rana

100 Hz – 2,5 kHz

Murciélago

3000 Hz – 125 kHz

Tortuga

20 Hz – 1000 Hz

Respecto de los datos contenidos en la tabla, proponga las siguientes preguntas: • ¿Cuál de las especies presenta un mayor rango auditivo? • ¿Qué especie tiene el rango auditivo más similar al del ser humano? • ¿Cuál especie presenta un rango auditivo más reducido? • ¿Qué especies perciben ultrasonidos? Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

¿Qué características tiene el sonido?

El propósito de estas páginas es conocer cuáles son las características del sonido. Para ello, se presenta una escena de una orquesta y, a partir de esta, se explican las diferentes características del sonido.

Al escuchar una orquesta, es posible reconocer todas las características del sonido. Tal como veremos a continuación. El timbre es la característica del sonido que nos permite reconocer entre diferentes instrumentos o la voz de una determinada persona.

En la página 22, se presenta el timbre de un sonido. Para complementar la información del Texto, explique que físicamente el timbre se relaciona con la composición armónica de un sonido. La composición armónica corresponde al conjunto de frecuencias, generalmente múltiplos de una frecuencia fundamental, y que componen un sonido. De esta manera, mientras más armónicos presenta un sonido, más riqueza y complejidad tendrá. El timbre es la característica de un sonido que nos permite diferenciar entre dos instrumentos musicales que emiten la misma nota o entre las voces de diferentes personas.

Flauta

Violín

En los gráficos, se muestra la misma nota musical emitida por la flauta y el violín. La diferencia entre ellos, se relaciona con la composición armónica de cada uno.

Explique a sus estudiantes que los armónicos se pueden producir en ondas estacionarias en una cuerda, tal como muestra el siguiente esquema. Primer armónico o modo fundamental Segundo armónico Tercer armónico

Los armónicos también se producen como ondas estacionarias en tubos, similares a los de una zampoña. 22

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Actividad complementaria Primer armónico

Tercer armónico

Quinto armónico

En el caso e los tubos, por ejemplo, de la zampoña, los armónicos ilustrados corresponden a ondas longitudinales, en lugar de las ondas transversales que se representa en la figura. Es importante indicar que la representación corresponde al caso de un tubo cerrado en la parte inferior y abierto en la superior, donde hay un nodo y un antinodo, respectivamente. 48

Para introducir la noción de tono, puede proponer la siguiente actividad. Utilizando una botella con agua, golpearla en su extremo superior y escuchar el sonido que se emite. Luego, agregar un poco de agua y repetir el procedimiento. Solicite a los estudiantes que describan y expliquen lo observado.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

El tono de un sonido, se refiere a cuán agudo o grave es este. Por ejemplo, cuando la violoncelista cambia de cuerdas, puede variar entre notas graves y agudas.

1

La intensidad, es la característica que nos permite reconocer cuándo un sonido es “fuerte” o “débil”.

Para contextualizar el NIS, puede presentar a sus estudiantes una tabla similar a la siguiente: NIS (dB)

Sonido menos intenso

Sonido grave Sonido más intenso

Sonido agudo

Físicamente, la frecuencia de un sonido agudo es mayor, en relación con un sonido grave. Tal como se muestra en los gráficos.

Unidad

El gráfico de una onda sonora intensa, tiene mayor amplitud que una menos intensa.

Efecto en las personas

10

Apenas perceptible.

50

Sonido bajo.

70

Dificultad para oír a otras personas.

90

Ruidos molestos. Exposición prolongada a este nivel genera daños.

110

Ruido muy fuerte, genera molestias.

120

Es umbral del dolor y puede generar daños en la audición.

130-140

1

Puede generar ruptura del tímpano.

Al final de la página 23, se propone una actividad “CeluLab” en la que los estudiantes pueden emplear sus teléfonos celulares como instrumento de medición. Propósito de la actividad: Determinar el nivel de intensidad sonora a la que están expuestos en la sala de clase, el casino, en el patio durante el recreo y el hogar.

CeluLab La contaminación acústica es el exceso de sonido o ruido que hay en un ambiente. Para medirla, se emplea un instrumento llamado sonómetro, el cual registra la intensidad en unidades conocidas como decibeles (dB). Descarguen en su celular una aplicación de sonómetro. Luego, midan y registren el nivel de intensidad sonora de su sala de clases y de su hogar y compárenlo con el máximo sugerido por la OMS (80 dB). ¿Qué consecuencias tiene para la salud de las personas la exposición prolongada al ruido? Física Física 1.º 1.º medio

Al momento de explicar el tono (o altura) de un sonido, debe señalar que esta es una característica que se relaciona con la frecuencia de la onda sonora. Es así, como una onda de mayor frecuencia es más aguda que una onda de frecuencia menor. Como dato curioso, y haciendo referencia a la imagen de la orquesta, puede explicar que a medida que los instrumentos musicales son más grandes, estos pueden emitir sonidos o tonos más graves y a la inversa.

23

Para introducir el concepto de intensidad de un sonido explique que este se relaciona con lo fuerte o débil que se percibe un sonido. Es importante que les mencione a sus estudiantes que un sonido intenso transporta más energía respecto de otro de menor intensidad. Físicamente, la intensidad puede ser relacionada de manera directa con la amplitud de la onda sonora, y para poder cuantificarla se recurre al concepto de nivel de intensidad sonora (NIS), cuya unidad de medición es el decibel (dB).

Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que descarguen una aplicación de sonómetro de libre uso. En la actualidad, existe una gran cantidad de opciones, por lo que no tendrán problemas en hacerlo. Puede sugerirles que descarguen e instalen la aplicación solo para la actividad y que la desinstalen una vez terminada. Luego, pídales que midan, en silencio, el nivel de intensidad sonora cerca de las ventanas de la sala de clase. Como varios estudiantes estarán realizando la medición con sus celulares, es importante que crucen los valores obtenidos, de manera de conseguir valores medios, los que pueden resultar mucho más confiables. Posteriormente, solicite a sus estudiantes que repitan estas mediciones en sus hogares, para que tomen conciencia de los niveles de intensidad sonora a la que se encuentran expuestos diariamente.

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

¿Cuáles son las propiedades de las ondas sonoras?

El propósito de estas páginas es conocer de qué manera se manifiestan las propiedades de las ondas en el sonido.

ActividAd

Las páginas se inician con una actividad relacionada con la reflexión del sonido.

α

β

Propósito de la actividad: Explorar para qué ángulos el sonido se refleja de manera más eficiente. Desarrollo de la actividad: Para esta actividad, los estudiantes requieren de dos tubos de cartón o de PVC. También, requerirán algunas aplicaciones de sus celulares empleadas en actividades anteriores. Estas son el generador de frecuencia usado en la actividad de la página 20 y el sonómetro empleado en la actividad de la página 23. Luego, solicíteles a sus estudiantes que armen el montaje sugerido en el Texto. La idea general de la actividad se muestra, en el siguiente esquema.

Reúnan dos tubos de cartón de 30 cm de largo, una superficie cerámica, dos teléfonos celulares y un transportador. Armen el montaje de la fotografía.

Con un celular, emitan un sonido de intensidad constante. Con el otro, midan la intensidad sonora (usen el sonómetro). Prueben con: (α = 20°; β = 30°), (α = 10°; β= 40°) y (α = 45°; β= 45°) ¿Para qué par de ángulos se midió una mayor intensidad?

Reflexión del sonido

Onda incidente

Onda reflejada

Normal

Fuente sonora

Receptor

Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Para qué par de ángulos se midió una mayor intensidad? Respuesta: cuando los dos ángulos fueron de la misma medida. Una vez desarrollada la actividad inicial de la página, comente junto a sus estudiantes la imagen inferior. En ella se representa la reflexión del sonido en un muro. Es importante que mencione que, debido el sonido se propaga como un frente de ondas esférico, es posible percibir su reflexión en varios ángulos respecto de la normal. La diferencia es que cuando los ángulos (de incidencia y reflexión) son de igual medida respecto de la normal, la reflexión es más eficiente.

50

Cuando una onda sonora incide sobre una superficie, una parte de ella se devuelve al medio, cambiando su dirección. Este fenómeno es la reflexión, y en él se cumple que el ángulo de la onda incidente (respecto de la normal) es de igual medida que el de la onda reflejada. 24

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Posteriormente, explique el fenómeno que da origen al eco. Señalando que se debe a la reflexión del sonido en superficies más alejadas. El eco se produce cuando las ondas sonoras rebotan y tardan a lo menos 0,1 s en volver a nuestros oídos. Esto se debe a que nuestro cerebro es capaz de distinguir sonidos con ese tiempo de desfase. La distancia mínima a la que debe estar la superficie reflectora y para que se origine el eco es de 17 m (es la distancia que el sonido recorre en 0,1 s).

Para explicar el eco, puede dibujar en la pizarra un esquema similar al siguiente. 17 m

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

El eco y la reverberación

1

Al emitir un sonido intenso en una zona montañosa, se puede percibir que este regresa a nuestros oídos, pero con cierto desfase de tiempo. Este fenómeno es el eco, y ocurre cuando la superficie en la que se refleja el sonido está lo suficientemente lejos. Otro fenómeno que se relaciona con la reflexión del sonido es la reverberación. Esta se origina habitualmente en recintos cerrados y de techos altos (como una iglesia o catedral) y corresponde a una persistencia del sonido después que la fuente ha dejado de emitirlo. Algunos animales como los murciélagos emplean la reflexión del sonido y el eco (ecolocalización) para desplazarse y cazar.

Unidad

La última propiedad de las ondas sonoras tratadas en estas páginas es la absorción. Señale a los estudiantes que materiales de baja densidad, como la espuma plástica, el poliestireno expandido, las alfombras y cortinas gruesas son ideales para absorber o retener parte de la energía que es transportada por las ondas sonoras.

1

Para cuantificar la cantidad de energía que absorbe un material, se emplea el coeficiente de absorción, el que indica una medida del porcentaje de energía que es absorbido por unidad de espesor de un determinado material, respecto de una onda incidente. Materiales como la espuma plástica o cierto tipo de alfombras gruesas, presentan altos coeficientes de absorción de ondas sonoras. Por ejemplo, ciertas cortinas tienen un coeficiente de absorción de 0,9 para ondas incidentes cuya frecuencia es de 1000 Hz. Lo anterior significa que la superficie absorbe el 90 % de la energía de la onda sonora y apenas refleja el 10 %.

Absorción del sonido La absorción del sonido se produce cuando parte de la energía que transporta queda “atrapada” en la superficie sobre la que incide.

½½ En un estudio de grabación,

los muros están recubiertos de un material poroso. Esto permite absorber la energía de las ondas sonoras.

Es importante que releve el desarrollo de la ciencia y la tecnología en Chile. Para abordar temas de sonido y acústica, compártales a sus estudiantes la siguiente información.

Centros de investigación en Chile

Física 1.º medio

Un fenómeno que se relaciona con el eco es la reverberación. Puede recordar a sus estudiantes los conceptos estudiados en la lección anterior y, en particular, el concepto de superposición de ondas. En el fenómeno de reverberación se superponen ondas sonoras reflejadas en diferentes lugares de un recinto. Generalmente, dichos recintos presentan techos altos y superficies reflectoras que son eficientes para reflejar el sonido, como el concreto o la piedra.

25

Por otro lado, la reverberación es la persistencia del sonido una vez que la fuente de emisión se ha silenciado. Explique a sus estudiantes que se produce al interior de iglesias, gimnasios o salones de techos elevados. Para evitar la reverberación no deseada en lugares como un teatro o un auditorio, se emplean materiales que absorben el sonido, como alfombras en el suelo, cortinas en los muros y poliestireno expandido en el techo.

En Chile, existen varias universidades y centros de investigación en donde se estudian fenómenos acústicos. Por ejemplo, en la Universidad Austral de Chile, existe un centro de estudios en el que se desarrollan líneas de investigación como el aislamiento y acondicionamiento acústico, el control de ruido y vibraciones, la acústica ambiental, la predicción de emisiones de ruido, la seguridad industrial, el análisis de señales, el diseño e instalación de sistemas de audio, la grabación sonora, entre muchas otras.

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

Resonancia ActividAd

½ Posición del mondadientes

El propósito de estas páginas es analizar otras propiedades y características de las ondas sonoras. Las páginas se inician con una actividad relacionada con la resonancia. Propósito de la actividad: Observar en qué condiciones las ondas sonoras permiten que dos cuerpos u objetos entren en resonancia.

Consigan dos copas de cristal con igual cantidad de agua y un mondadientes. Ubíquenlas según la fotografía.

Desarrollo de la actividad: Para esta actividad, los estudiantes requieren de dos copas de cristal iguales y un mondadientes. Invite a los estudiantes a desarrollar la actividad, para ello deben humedecer uno de sus dedos y frotarlo en el borde de la copa que no tiene el mondadientes. Producto de aquello, se espera que la copa comience a vibrar, generando, por resonancia (o simpatía) que la otra copa también comience a vibrar. Como consecuencia de esto último, el mondadientes se mueve levemente sobre la copa.

Al frotar una de las copas, esta emitió un sonido que hizo vibrar el mondadientes sobre la otra. Este fenómeno se denomina resonancia y ocurre cuando la frecuencia natural de un objeto coincide con la del otro que vibra en su cercanía (la frecuencia natural de una copa, se percibe al golpearla suavemente y oír su sonido).

Rapidez de propagación del sonido

El sonido requiere de un medio material para su propagación, y su rapidez depende de la densidad, la elasticidad y la temperatura del medio por el que se desplace. Rapidez del sonido en algunos medios (medida a 0 °C) Medio

1 402

Aire

331

Hierro

5 190

Granito

5 400

Madera

3 900

Fuente: Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para ciencias e ingeniería. Vol.2

26

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Contexto histórico

52

Rapidez (m/s)

Agua

Si dispone de dos diapasones de igual frecuencia y con caja de resonancia, puede realizar de manera demostrativa la siguiente actividad. Se da un pequeño golpe a uno de los diapasones, y debido al fenómeno de resonancia el otro comienza a vibrar. Para poder notarlo, debe “apañar “con la mano, el sonido del diapasón que fue golpeado. Parte de la experiencia se representa con el siguiente esquema.

Ahora, si coloca un poco de cinta adhesiva en uno de los brazos del segundo diapasón y repite la experiencia se puede percibir un sonido fluctuante conocido como pulsaciones, y que se produce cuando la frecuencia de ambos diapasones no es exactamente la misma.

Humedezcan un dedo y frótenlo un par de minutos en el borde de una copa. ¿Qué observaron?

En comienzos el siglo XVII, Galileo Galilei trató de determinar la rapidez del sonido al registrar el tiempo que tardaba el sonido de un disparo en recorrer una distancia determinada. Para lograrlo, Galileo se ubicó a una distancia medida por él, respecto de una persona que realizaría el disparo. Al registrar el valor del tiempo, Galileo pudo hacer una estimación de la rapidez del sonido.

Como se señala en el Texto, la rapidez del sonido depende de factores como la elasticidad, la densidad y la temperatura del medio. Existen algunos modelos matemáticos que permiten calcular la rapidez del sonido en el aire, como el que se presenta a continuación:

v = 331 ∙ 1 +

T 273

Donde v es la rapidez en m/s y T es la temperatura medida en °C.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

Refracción del sonido

Refracción

1

Recordemos que la refracción es un cambio en la velocidad de una onda y, en consecuencia, en su dirección. En el sonido, se produce refracción cuando este atraviesa un medio cuya densidad cambia. Por ejemplo, en un día caluroso, el sonido tiende a ascender debido a que el aire cerca de la superficie es menos denso.

Unidad

Para tratar la difracción del sonido, les puede proponer a sus estudiantes la siguiente actividad.

1

Actividad complementaria Pídales a sus estudiantes que formen grupos de cuatro o cinco integrantes. Luego, que realicen el procedimiento descrito a continuación. Un estudiante se debe ubicar fuera de la sala de clases con la puerta entreabierta (solo dejando una pequeña abertura). Después, debe emitir un sonido, puede hacerlo con su celular. El resto de los estudiantes deben estar al interior de la sala de clases, dispuestos en diferentes ubicaciones.

En un día frío, el sonido se desvía hacia abajo debido a que el aire cerca de la superficie es más denso y de menor temperatura que el aire superior.

Difracción

Finalmente, invítelos a responder las siguientes preguntas: • ¿Todos los estudiantes dispuestos en diferentes posiciones pudieron escuchar el sonido? • ¿Cómo explicarían que el sonido, al atravesar una pequeña abertura, pueda ser oído por personas en ubicaciones distintas? • ¿De qué manera se podría representar dicho fenómeno mediante un esquema?

La difracción del sonido se produce cuando este atraviesa por una abertura, por ejemplo, por una puerta (ver imagen). Ahí se produce un nuevo foco emisor, desde donde el sonido se propaga en múltiples direcciones.

Física 1.º medio

Al inicio de la página 27, se presenta el fenómeno de refracción del sonido. Explique a sus estudiantes que la refracción de las ondas sonoras se puede producir sin que el sonido cambie de un medio material a otro. Esto se debe a que las características del aire no son perfectamente homogéneas, es decir, existen variaciones de densidad en su interior, las que dependen de factores como la presión y la temperatura. Recuerde que la refracción es un cambio en la velocidad de propagación de una onda.

27

Comente los esquemas de refracción, señalando que para que esta ocurra en un día de calor, el aire cerca del suelo se debe encontrar a mayor temperatura y, por lo tanto, ser menos denso, mientras que el aire superior debe ser más frío, y en consecuencia, más denso. Por esta razón, una onda sonora tiende a desviarse hacia arriba.

Explique a los estudiantes que la difracción sucede cuando la longitud de onda de las ondas sonoras coincide en magnitud, con la longitud de la abertura que atraviesan. Es importante mencionar que, en el caso de las ondas sonoras, sus longitudes de ondas van desde los centímetros hasta varios metros.

En el caso opuesto, en un día frío, el aire cercano al suelo es más denso que el aire superior y por esto, una onda sonora se tiende a desviar hacia abajo. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 2

Orientaciones y estrategias docentes

El efecto Doppler

El propósito de esta página es analizar el efecto Doppler. Puede iniciar la temática proponiendo a sus estudiantes las siguientes preguntas: • ¿Se han fijado que cuando pasa rápidamente un automóvil o ambulancia, se percibe un cambio de tono en el sonido que emite? • ¿En qué otras situaciones han percibido algo similar? Señale que este fenómeno fue descrito por el físico y astrónomo austriaco Christian Doppler (1803-1853). Inicialmente, Doppler describió este efecto para la luz de ciertas estrellas. Pero después el fenómeno fue generalizado para otras ondas, entre las que se encontraban las ondas sonoras.

Imaginemos que una fuente sonora se encuentra detenida respecto de dos receptores. La frecuencia del sonido que ambos perciben es la misma.

El físico Francés Hippolyte Fizeau descubrió en 1848 y de manera independiente, el mismo fenómeno, al estudiar las ondas electromagnéticas. Por esta razón, en Francia este fenómeno se conoce con el nombre de “efecto Doppler-Fizeau”.

Ahora, si la fuente sonora se mueve, el receptor hacia el que se acerca percibirá un sonido más agudo (respecto del sonido de la fuente inmóvil). El receptor que ve alejarse la fuente, percibirá un sonido más grave. Este fenómeno es conocido como efecto Doppler y también puede producirse si el receptor se aleja o acerca a una fuente sonora en reposo respecto del aire (cuando no hay viento).

Como dato curioso, les puede señalar a sus estudiantes que el efecto Doppler del sonido, fue comprobado a mediados del siglo XIX, por el científico holandés Buys Ballot, quien ideó un experimento, al subir a trompetistas a un tren que fue puesto en movimiento. Pregunte a sus estudiantes ¿qué piensan que sucederá si la fuente sonora se encuentra en reposo y es el receptor el que se mueve rápidamente hacia ella? Respecto de esta interrogante, señale que siempre que exista un movimiento relativo entre una fuente sonora y un receptor, se percibirá un cambio en la frecuencia de las ondas sonoras, ya sea que se mueva la fuente, el receptor o ambos.

54

½ Cuando un pato se mueve en el

agua, es posible visualizar el efecto Doppler, ya que las ondas sobre esta se comprimen en el sentido en el que avanza el pato y se descomprimen en la parte posterior.

28

F1P028

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Ciencia, tecnología y sociedad Puede explicar un alcance tecnológico del efecto Doppler. Este ocurre cuando un avión al moverse genera una deformación de las ondas que produce, las que se comprimen en el sentido del avance. Si el avión alcanza una velocidad límite, las ondas se apilan en su frente, generando perturbaciones, cuando dicho frente de onda se deja atrás, se rompe la barrera del sonido, tal como se muestra en el esquema.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

¿Qué aplicaciones tienen las ondas sonoras?

1

Las ondas sonoras de infrasonido y de ultrasonido tienen múltiples aplicaciones, ya sea en la investigación, la industria y la medicina. A continuación, analizaremos algunas de ellas.

Unidad

Al final de la página, se plantea una pregunta para que los estudiantes investiguen otras aplicaciones de las ondas de ultrasonido y de infrasonido.

1

Después de su investigación, les puede compartir las siguientes aplicaciones de las ondas sonoras.

El sonar es un dispositivo que permite la navegación y exploración bajo el agua. Este emite ondas de infrasonido, las que se reflejan en los objetos o superficies. A partir de aquello, es posible recrear imágenes de estructuras sumergidas o del fondo oceánico.

Aplicaciones de la industria: En la industria los ultrasonidos se utilizan para esterilizar materiales de laboratorio, para detectar fallas y grietas en algunos materiales sólidos y para modelar ciertas sustancias. En el tratamiento de alimentos: Los ultrasonidos son utilizados para destruir ciertos microorganismos que favorecen la descomposición de los alimentos.

El ecógrafo es un aparato que emplea ondas de ultrasonido para trazar imágenes del interior del cuerpo humano. Es muy utilizado para monitorear el desarrollo del embrión dentro de la madre.

Dado que la segunda lección está llegando a su fin, es importante que tenga presente ciertos aspectos relevantes de la evaluación, en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Apoyo a la autoevaluación La autoevaluación periódica permite que los estudiantes perciban si están cumpliendo con sus propias metas y estrategias. Respecto de lo anterior, la didáctica nos señala lo siguiente:

Existen variadas terapias de ultrasonido. Algunas de ellas se usan en el tratamiento de la tendinitis y de problemas musculares.

¿Qué otras aplicaciones tienen el ultrasonido y el infrasonido? Investiguen.

Física 1.º medio

La página 29 del Texto, tiene como propósito mostrar algunas de las aplicaciones de las ondas sonoras en el ámbito de la tecnología. Mencióneles que hoy en día son múltiples las aplicaciones de las ondas sonoras y están presentes en casi todos los ámbitos. En la medicina, la industria, la entretención y las comunicaciones, por señalar solo algunos. Por ejemplo, en el esquema de la derecha, se muestra cómo las ondas de ultrasonido se utilizan para destruir cálculos renales.

29

El automonitoreo con fines evaluativos o autoevaluativos es un proceso clave para la autorregulación que está subordinado al establecimiento de metas y la planificación de estrategias, pero también es verdad que el resultado del mismo afecta al establecimiento de metas y a la elección de estrategias, ya que la autorregulación es inherentemente cíclica. Fuente: International Journal of Educational Research. Zimmerman (1999).

½½ Las ondas pulverizan los cálculos, los

que son extraídos mediante un tubo mínimamente invasivo.

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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INVESTIGACIÓN PASO A PASO

Orientaciones y estrategias docentes

¿Qué materiales permiten aislar sonoramente una habitación?

En la página 30 (página final de la Lección 2), se propone una investigación modelada en una secuencia de pasos, los que están relacionados de manera directa con las habilidades del pensamiento científico.

Paso 1 Planteo una hipótesis Formulen una hipótesis respecto de la pregunta planteada inicialmente.

Paso 2 Planifico y ejecuto una investigación

Para poder realizarla, les debe indicar a sus estudiantes que se emplearán materiales similares a los de la actividad de la página 24 del Texto.

Con los materiales de la actividad de la página 24, realicen el montaje de la fotografía (los ángulos entre los tubos deben ser de igual medida respecto de la normal). Además, consigan superficies de cartón, madera y esponja.

Propósito de la actividad: Verificar que algunas superficies absorben las ondas sonoras y cómo esto puede ser utilizado para aislar sonoramente una habitación. Desarrollo de la actividad: La actividad es similar a la desarrollada en la página 24. Pídales a los estudiantes que realicen un montaje similar al que se muestra en la fotografía. Luego, empleando las mismas aplicaciones de sus celulares, requeridas en la actividad anterior, es decir, el generador de frecuencias y el sonómetro, registren el nivel de intensidad sonora del sonido reflejado en diferentes superficies. Es importante tener presente que el generador de frecuencia debe emitir en todos los casos, un sonido de igual intensidad.

½½ Con uno de los celulares emitan un sonido de

intensidad constante. Midan y registren con el sonómetro la intensidad reflejada en cada caso. Repitan el procedimiento con todas las superficies.

Paso 3 Organizo y analizo los resultados a. Para organizar sus resultados, construyan una tabla.

Posteriormente, los estudiantes deben comparar la capacidad para absorber el sonido de las diferentes superficies. El sonómetro debería haber registrado un menor nivel de intensidad sonora en aquella superficie con mayor coeficiente de absorción del sonido. Pídales a los estudiantes que confeccionen una tabla de apreciación en la que clasifiquen los materiales según su capacidad para absorber las ondas sonoras. Al finalizar la actividad, ellos podrán señalar con las evidencias obtenidas, cuál de los materiales permitirían aislar sonoramente una determinada habitación. Pregúnteles también, ¿qué limitaciones tiene la investigación realizada?

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b. ¿Qué superficie absorbió de mejor manera el sonido?, ¿cómo lo saben?

Paso 4 Concluyo y comunico a. ¿Qué material de los utilizados les permitiría aislar de mejor forma una habitación? Expliquen. b. Comuniquen mediante un póster el procedimiento y las conclusiones de su investigación. 30

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

Al final de la investigación, se les sugiere a los estudiantes que comuniquen los resultados de su investigación mediante un póster. Explique que este corresponde a una forma de comunicar los resultados de manera visual y fácil de leer. Su formato es de un afiche, lo que lo convierte en un medio eficiente de transmitir información y resultados. En la elaboración de un póster, se debe tener presente que este tiene que ser visualmente atractivo, por lo que se deben utilizar imágenes y otros recursos gráficos. Además, los textos y párrafos deben ser sintéticos.

Puede presentar a sus estudiantes el siguiente ejemplo de póster. Título

Imágenes o

esquemas

Autores Institución

Introducción

Imágenes o

esquemas

Método Resultados obtenidos

Conclusiones

Imágenes o esquemas

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

EL IMPACTO DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LA SOCIEDAD

1

La contaminación acústica Especialistas de la Universidad de Chile, han señalado que el ruido genera efectos que van más allá de la pérdida auditiva en las personas. Estos se relacionarían con problemas fisiológicos y psicológicos que pueden derivar en patologías graves. En tanto, la Universidad Austral, junto con el Ministerio de Medio Ambiente trabajan en la elaboración de mapas de ruido con la finalidad de reducir los niveles de contaminación sonora en determinadas zonas de nuestro país que dañan la salud de las personas.

Estudiando el comportamiento sonoro de una tormenta

Física 1.º medio

Actividad complementaria En parejas, investigar en fuentes confiables de información las respuestas a las siguientes interrogantes.

31

Profundización didáctica ¿Por qué es importante en la enseñanza de las ciencias la relación entre Ciencia, Tecnología y Sociedad? Esta dimensión educativa ha permitido abrir la discusión acerca de las implicancias de la ciencia y la tecnología en el contexto social. Por otra parte, ha incorporado paulatinamente discusiones sobre el papel que debe jugar la ciencia en la sociedad, entregando elementos de juicio y convirtiendo a los estudiantes en pensadores críticos.

• ¿Cuáles son todos los efectos físicos y psicológicos que produce la exposición prolongada al ruido? • ¿Qué leyes y normativas regulan en Chile la emisión de ruido y la contaminación sonora? • ¿Qué medidas se han adoptado en Chile para reducir los niveles de ruido? • En relación con la información de las tormentas, ¿piensan que en algún momento las tormentas o desastres naturales podrán ser predichos a través de los cambios observados en los patrones de ruido asociados a ellos?

Fuente: Revista Iberoamericana de Educación, 2008. N° 18. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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1

Respecto de la información contenida en la página puede proponerles a sus estudiantes la siguiente actividad.

Recientemente, el físico chileno Claudio Falcón publicó un artículo en la prestigiosa revista Physical Review Fluids, en el que propone analizar una tormenta como si fuera una fuente sonora, similar a un gran parlante. De comprobarse su modelo, se podría estudiar y predecir el comportamiento de una tormenta sin la necesidad de acercarse peligrosamente a ella.

También, se relevan centros de investigaciones nacionales y científicos chilenos. Esto es importante, ya que puede resultar significativo para los estudiantes saber que en Chile se realizan estudios científicos de nivel mundial.

Respecto de la primera lectura, relacionada con la contaminación acústica, señale a sus estudiantes que es el resultado de un exceso de sonido o ruido que afecta principalmente a los habitantes de las ciudades o a personas que, debido a sus trabajos, se encuentran sometidos a niveles elevados de ruido. La exposición prolongada al exceso de ruido puede generar efectos negativos para la salud de las personas como estrés, falta de sueño y concentración, un nivel bajo de desempeño y pérdida de la audición. La Organización Mundial de la Salud (OMS), ha sugerido que el valor máximo de ruido ambiente debe ser de 55 dB.

F1P031

En esta página se destacan algunas de las implicaciones sociales que tienen ciertas investigaciones científicas y los desarrollos tecnológicos que se relacionan con las ondas y el sonido.

Unidad

57

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SÍNTESIS Y EVALUACIÓN

Orientaciones y estrategias docentes

Para sintetizar

El propósito de estas páginas es integrar, sintetizar y evaluar los aprendizajes desarrollados a lo largo de la unidad. Para ello, se plantean una serie de recursos que favorecen actividades de síntesis, de evaluación y metacognitivas.

Las ondas y el sonido

El sonido es una onda

Se produce por

Se percibe mediante el oído

Respecto de la síntesis propuesta en la sección “Para sintetizar”, debe tener en cuenta que este es un proceso clave para el cierre cognitivo de los aprendizajes. En este apartado se propone una síntesis de los principales conceptos estudiados en la unidad. ¿Por qué es importante hacer procesos de síntesis? La didáctica nos señala lo siguiente:

Longitudinal

Vibraciones que transportan energía

Viajera

Refracción

Mecánica

Algunas propiedades de las ondas sonoras son:

Reflexión

Las características del sonido son:

Difracción

Tono

Timbre

Intensidad

Para saber cómo voy

Profundización didáctica

Identifica

Clasifica

1. El gráfico representa una onda sonora.

“La síntesis es el proceso mediante el cual combinamos diversos elementos para formar un todo coherente. Es importante destacar que el análisis y la síntesis son dos procesos complementarios, el primero va del todo a las partes y el segundo de las partes al todo. Si bien desde el punto de vista exclusivamente lógico puede considerarse al análisis como previo al proceso de síntesis, en la práctica ambos procesos están íntimamente entrelazados”.

3. ¿Cómo clasificarías una onda sonora? Considera los criterios de la tabla.

4 cm

Criterio

Tipo

Modo de vibración.

Transversal

Longitudinal

Límites

Viajera

Estacionaria

Medio de propagación Mecánica

-4 cm

Dimensión

¿Cuántos ciclos realiza y cuál es su amplitud?

Electromagnética

Unidimensional Tridimensional

Compara

Reconoce

2. ¿Qué característica del sonido te permite distinguir entre una flauta y un violín, si emiten la misma nota con igual intensidad? Fundamenta.

Fuente: Aplicación de procesos cognitivos en el aula (1995).

4. Las ondas de las imágenes, se demoran 1 s en ir de A hasta B.

A

B

A

B

Explica cuál de ellas tiene mayor frecuencia y cuál mayor período.

Para promover el uso de TIC en el desarrollo de actividades de síntesis en sus estudiantes, puede sugerirles que trabajen con aplicaciones descargables y/o en línea. Por ejemplo: MindMeister: Aplicación factible de descargar, que permite la construcción de mapas conceptuales. Mindomo: Programa en línea que facilita el desarrollo de mapas conceptuales e infografías. Es importante mencionar que, para guardar los trabajos, es necesario registrarse en el sitio.

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32

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

En el momento de evaluación propuesto en la sección “Para saber cómo voy” se presenta una prueba que contiene preguntas jerarquizadas según las principales habilidades que trabajan. Esto es fundamental para el desarrollo del pensamiento profundo en sus estudiantes. Las instancias de evaluación son esenciales en el proceso enseñanza-aprendizaje, ya que le permiten levantar información respecto del nivel de logro de sus estudiantes. Esto es esencial para mantener o modificar sus estrategias en el aula.

Varias de las preguntas propuestas en la evaluación se contextualizan mediante imágenes o esquemas. ¿Por qué es importante una evaluación contextualizada? La evaluación contextualizada es un tipo de evaluación auténtica y que se dirige a audiencias reales; es integradora pues permite evaluar conocimientos, destrezas y actitudes simultáneamente, provocando y promoviendo el pensamiento crítico, una de las habilidades clave del siglo XXI.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad Explica

Aplica

5. Observa la perturbación que se propaga en el agua.

1

8. Necesitas aislar sonoramente una habitación, ¿qué material emplearías para revestir los muros y porqué? Evalúa

9. Diego sabe que para ir de A hasta B, la onda tarda 1 s.

A

Explica

Escala de apreciación

un ciclo f= = 1 Hz 1s

Actitud

1 =1s f

Aspecto a observar

G

R

Busco más información. Interés

¿Está correcto? De no ser así, ¿dónde está el error?

Profundizo en los contenidos. Propongo nuevas preguntas y actividades.

Analiza

7. Analiza las ondas sonoras L y M. L

Solicito ayuda. 2s

Frente a una dificultad

M

• Define los conceptos de intensidad, frecuencia y período de una onda sonora.

Frente al éxito

• ¿Cuál de la ondas es más intensa? ¿Cuál es la frecuencia y cuál es el período de cada una?

Me bloqueo y no puedo continuar el trabajo. Me es indiferente

Ayudo a los demás.

• ¿Qué aspectos puedes mejorar para los aprendizajes que vienen? • El título de la unidad es: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido? ¿Cuál sería tu respuesta a esa gran pregunta?

G = Generalmente; R = Rara vez Física 1.º medio

Al momento de solicitarle a los estudiantes que desarrollen la evaluación, pídales que escriban sus respuestas en el cuaderno. Señáleles que pueden comenzar por la pregunta que estimen conveniente, ya que en determinadas ocasiones pueden perder tiempo al tratar de mantener el orden propuesto por el Texto. Además, se sugiere que la evaluación sea desarrollada de manera individual y que una vez finalizada, esta sea revisada y corregida en una sesión plenaria.

Trato de resolverla personalmente.

Solicito más tareas.

Para cerrar

33

Tenga presente que para apoyar el proceso de evaluación, la presente Guía Didáctica ofrece variadas alternativas de instrumentos que puede aplicar de manera complementaria a la que se presenta en el Texto. Al final de esta unidad de Guía, encontrará material complementario fotocopiable.

En la última pregunta de la sección “Para cerrar” se invita a los estudiantes a responder la interrogante planteada por el título de la unidad. Este hecho es central en la propuesta editorial, ya que permite hacer un cierre respecto de la pregunta que guió el desarrollo de la unidad.

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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1

A continuación, se presenta una escala de apreciación, la que puede ser trabajada en el cierre de la unidad.

Luego, él calcula la frecuencia y el período de esta.

T=

Finalmente, en el pie de la página 33, se propone la última sección de la unidad “Para cerrar”, cuyo objetivo es favorecer una reflexión metacognitiva por parte de sus estudiantes.

Apoyo metacognitivo

B

¿De qué manera está presente el concepto de energía en dicha situación? 6. ¿Cómo se produce el sonido en un violín?

Unidad

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Evaluación parcial lección 1

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 1 del Texto, responde las siguientes preguntas.

Fecha:

4. Escribe debajo de cada una de las imágenes, la propiedad ondulatoria que se representa.

1. Un péndulo realiza 60 oscilaciones en 20 s. ¿Cuál es su período y frecuencia?

2. El ciclo de la onda que se muestra en la imagen, demora en completarse 0,7 s.

Ciclo

Si la onda es periódica, ¿cuál es su frecuencia? 3. ¿Cómo clasificarías la onda que se muestra en la imagen? 5. ¿En qué característica se diferencian las siguientes ondas?

Igual distancia

60

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

Evaluación parcial lección 2

Material fotocopiable

Nombre: Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 2 del Texto, responde las siguientes preguntas. 1. Una flauta emite una nota “La” de 440 Hz, de frecuencia.

Curso:

1

Fecha:

4. Completa la siguiente tabla, señalando un ejemplo de cada una de las siguientes propiedades de las ondas sonoras. Propiedad

Ejemplo

Reflexión Absorción Transmisión

5. ¿Por qué en una tormenta eléctrica se ve primero la luz del relámpago y después se escucha el trueno?

¿Cómo clasificarías dicha onda sonora? 2. Un diapasón es golpeado y, otro, que se encuentra próximo comienza a vibrar.

6. ¿En qué consiste el efecto Doppler del sonido? Explica.

¿Cómo se llama este fenómeno y cuál es su explicación? 3. En los siguientes gráficos se representan dos sonidos de igual intensidad.

Sonido 1

Sonido 2

¿Cuál de ellos es más agudo, si las ondas representadas tardan el mismo tiempo en ir de un extremo a otro? Justifica. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Actividad de refuerzo Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Fecha:

Lee la siguiente situación: Francisco decide recrear la propagación de una onda en el patio de su colegio. Para ello, llena una bolsa plástica con arena y le hace un pequeño agujero en el extremo inferior. Luego, amarra la bolsa a una cuerda y le da un impulso, de modo de hacerla oscilar como un péndulo. Después, camina desde un extremo del patio al otro, recorriendo 8 metros en 10 segundos. La marca de arena dejada en el suelo del patio es similar a la siguiente:

En relación con lo expuesto en la situación, responde: 1. ¿Cuántas oscilaciones completó el péndulo de Francisco? 2. Considerando que Francisco está representando una onda, calcula: • • • •

Su rapidez de propagación. Su frecuencia. Su período. Su longitud de onda aproximada.

3. ¿Cuál fue la fuente generadora de la onda? 4. ¿A qué tipo de onda correspondería la representada en la imagen? 5. ¿A qué piensas que se debe la disminución de la amplitud? Explica.

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Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Actividad de profundización Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes

Unidad

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

1

Fecha:

La rapidez del sonido La rapidez del sonido depende de ciertas propiedades del medio por el que se propaga, como la densidad, la elasticidad (en sólidos), la compresibilidad (en líquidos y gases) y la temperatura. En relación con esta última propiedad, si la temperatura de un medio de propagación, como el aire aumenta o disminuye, la rapidez del sonido se ve afectada considerablemente. Esto se debe a que las partículas del gas, a medida que se incrementa la temperatura, se agitan con mayor rapidez y en todas direcciones. Un modelo matemático que permite estimar la rapidez del sonido en el aire es el siguiente: v = 331 ∙ 1 +

T 273

Donde v es la rapidez del sonido en m/s y T es la temperatura en °C. Respecto de la información entregada, realiza las siguientes actividades: 1. ¿Con qué rapidez se propaga una onda sonora por el aire, si su temperatura es de 30 °C?

2. ¿A qué temperatura del aire, la rapidez de una onda sonora en dicho medio es de aproximadamente 354 m/s?

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Evaluación de unidad

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Fecha:

Respecto de los contenidos estudiados en la Unidad 1 del Texto, responde las siguientes preguntas. 1. Un diapasón, una cuerda de violín y un parlante producen sonidos. Esto se debe a que todos ellos están en un estado de: A. compresión. B. rarefacción. C. rotación. D. vibración. 2. ¿Cuál es el rango aproximado de frecuencias audibles para el ser humano? A. 1 Hz a 200 Hz B. 2 Hz a 2 000 Hz C. 20 Hz a 20 000 Hz D. 200 Hz a 200 000 Hz 3. Un grupo de astronautas está en una nave espacial orbitando la Luna y observan el impacto de un gran meteorito sobre la superficie del satélite natural. ¿Por qué no pueden oír el sonido del impacto? A. Porque el sonido no puede viajar a través del vacío. B. Porque el sonido se refleja lejos de la nave espacial. C. Porque el sonido viaja demasiado lento en el espacio como para afectar el tímpano. D. Porque la nave espacial se está moviendo a una velocidad supersónica. 4. A la misma temperatura, las ondas sonoras tienen una mayor rapidez en: A. la roca. B. el agua.

5. Dos ondas de sonido viajan a través de un recipiente cerrado que contiene un cierto gas. La primera onda tiene una longitud de onda de 1,5 m, mientras que la segunda onda tiene una longitud de onda de 4,5 m. Entonces, la rapidez de la segunda onda debe ser: A. igual a la de la primera. B. tres veces la de la primera. C. un tercio del de la primera. D. falta conocer la frecuencia para responder. 6. Una gran explosión submarina se escucha fuera del agua. Considerando que la rapidez del sonido en el agua es 5 veces la que tiene en el aire, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? A. La longitud de onda del sonido en el agua es menor a la que tiene en el aire. B. L a longitud de onda del sonido en ambos casos es la misma. C. La frecuencia del sonido se mantiene constante al pasar del agua al aire. D. La frecuencia del sonido se reduce al pasar al aire. 7. ¿Cómo se llama el fenómeno que permite explicar el cambio de tono percibido de la sirena de un vehículo de emergencia en movimiento respecto de una persona en reposo? A. Difracción. B. Refracción. C. Efecto Doppler. D. Onda viajera.

C. el aire. D. el caucho.

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Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

8. Completa la siguiente tabla, indicando la clasificación correcta de cada onda descrita.

Clasificación

Onda

Ondas lumínicas provenientes del Sol.

1

Sonido proveniente de una flauta tocada en el patio de un colegio.

Mecánica / electromagnética Estacionaria / viajera Longitudinal / transversal Unidimensional / bidimensional / tridimensional

9. En los gráficos se muestran dos ondas sonoras emitidas por diferentes instrumentos musicales. Cada uno de los cuadraditos del gráfico mide 1 cm de largo y un 1 cm de alto y ambas ondas demoran 0,01 s en ir de un extremo a otro del recuadro.

a. ¿Qué onda sonora es más aguda?, ¿por qué?

b. ¿Cuál es la frecuencia y la longitud de onda de cada una de ellas?

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Solucionario Unidad 1 Texto del Estudiante Preguntas inicio de unidad (página 5) • Algunas manifestaciones de la energía se observan en la vibración de las cuerdas de la guitarra, en el sonido producido por la flauta, en la niña con megáfono y en las ondas en el agua. • Todos los fenómenos tienen en común a las ondas y a la energía.

Para comenzar (página 6) • La perturbación se propaga en forma de una oscilación que se transmitió de un palito a otro.

• Una onda o energía.

Actividad (página 7) • En forma vertical. • Cinética (movimiento de la mano), energía asociada a la onda y cinética (movimiento pelotita).

Actividad (página 8) Diferencia: la dirección de vibración. Similitud: dirección de propagación.

Actividad (página 9) Fenómeno (imagen)

Clasificación

Sonido de flauta

Mecánica, periódica, tridimensional, longitudinal y viajera.

Cuerda

Mecánica, transversal, unidimensional.

Resorte

Mecánica, longitudinal, unidimensional.

Propagación en el agua

Mecánica, superficial, viajera y bidimensional.

Luz

Electromagnética, tridimensional y viajera.

Sonido trompeta

Mecánica, periódica, tridimensional, longitudinal y viajera.

Resorte (imagen 2)

Mecánica, transversal, viajera y unidimensional.

Actividad (página 10) • Tres ciclos. • Frecuencia: 0,6 Hz; Período: 1,67 s.

Actividad (página 14) • Interferencia. • Se deberían colocar dos obstáculos en la cubeta.

Investigación (página 15) 3 (a): Energía sonora y energía cinética. 3 (b): Se transformó la energía sonora en cinética. 4 (a): Las ondas son una manifestación de la energía.

Para comenzar (página 16) • Se produjo un sonido. • Existe un tipo de vibración.

Celulab (página 20) Se pierde primero la capacidad de percibir sonidos agudos, debido a que las células ciliadas especializadas en captarlos están más externas.

Celulab (página 20)

Investigación (página 30) 3a. Los datos de las tablas pueden variar, según las intensidades registradas en cada caso, pero debería observarse que la esponja absorbe mejor que el cartón y, este, mejor que la madera. 3b. Se debería concluir que la superficie que absorbe de mejor manera es la esponja debido a su porosidad. 4a. La esponja debido a que absorbe mejor el sonido.

Para saber cómo voy (páginas 32 y 33) 1. Realiza 3,25 ciclos y su amplitud es 4 cm. 2. El timbre. 3. Una onda sonora se clasifica en: longitudinal, viajera, mecánica y tridimensional. 4. La segunda onda (roja) tiene una mayor frecuencia y la primera onda (azul) tiene un mayor período. 5. Para perturbar el agua, se requiere de energía (cinética y potencial si la perturbación se debe a la caída de una gota de agua). Posteriormente, dicha energía se propaga en forma de una onda superficial y mecánica. 6. Cuando las cuerdas del violín vibran, generan compresiones y rarefacciones en las moléculas de aire vecinas. Estas se propagan en forma de una onda longitudinal. La vibración es amplificada por la caja de resonancia del instrumento. 7. La onda M es más intensa. La frecuencia de ambas es de 3,75 Hz y el período de las dos es 0,27 s. 8. Un material poroso, como esponja o plumavit, ya que permite absorber de mejor forma el sonido. 9. El ejercicio desarrollado por Diego está incorrecto, ya que la onda realiza 1,5 ciclos, por lo que su frecuencia es 1,5 Hz y período 0,67 s (aproximadamente).

Guía Didáctica del Docente Evaluación diagnóstica (páginas 28 y 29) 1. a. Corresponde a la distancia entre la posición más alta alcanzada por el péndulo (a la izquierda) y la posición más alta alcanzada por el péndulo a la derecha. b. La frecuencia es la cantidad de ciclos u oscilaciones realizadas por unidad de tiempo y el período es el tiempo en el que sea realiza una oscilación. c. Que el período de las oscilaciones es relativamente estable. 2. Frecuencia. 3. a. Una perturbación, energía o una onda. b. Energía cinética (movimiento de las partículas del agua), energía elástica del medio y energía asociada a la onda. 4. El fenómeno de reflexión de una onda sonora. 5. Una onda es la perturbación de un medio (material o no). Al propagarse, una onda no transporta materia, sino energía. 6. la tercera situación, dado que la intensidad del sonido produce la vibración de los ventanales.

Actividad complementaria (página 38) •

Las consecuencias de la exposición prolongada al ruido son la perdida de la audición y efectos sobre el sistema nervioso.

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Reflejados

Incidentes 65º

Actividad (página 24) Cuando los ángulos son iguales entre sí .

Normal

30º

• 0º

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Solucionario Unidad 1 Actividad complementaria (página 42) • Onda sonora: mecánica; longitudinal; tridimensional.

Actividad complementaria (página 43) • De viento, de cuerda y de percusión. • Permiten amplificar el sonido. • Hombres (sin impostación de la voz), entre 82 Hz y 530 Hz

Unidad

Evaluación parcial lección 2 (página 61) 1. Se clasifica en periódica, mecánica, longitudinal y tridimensional. 2. El fenómeno se llama resonancia y se debe a que la frecuencia natural de ambos diapasones es la misma. 3. El sonido 2, ya que presenta una mayor cantidad de ciclos por unidad de tiempo. 4. Algunos ejemplos pueden ser: Propiedad

(aproximadamente); mujeres, entre 245 Hz y 1060 Hz. • Disfonía y afonía. • Mediante la introducción de energía eléctrica.

Actividad complementaria 1 (página 45) • El oído interno. • Generalmente, malformaciones de nacimiento. • En ciertos casos, el implante coclear y el empleo de audífonos. 

Actividad complementaria 2 (página 45) • El sonido viaja por el aire, ingresa al pabellón auricular, viaja por le • • • • •

canal auditivo, llega al tímpano, el que transmite su vibración a un sistema de huesos, estos empujan la ventana oval en la cóclea. La respuesta depende del esquema. La línea lateral de los peces, las estructuras en las patas de los grillos, por ejemplo. Para percibir diferentes frecuencias sonoras. Debido a cambios electroquímicos al interior del oído. Debido a la plasticidad del cerebro.

Actividad complementaria (página 47)

Ejemplo

Reflexión

La reflexión en un muro, el eco y la reverberación.

Absorción

Cuando el sonido es absorbido en los muros de una sala de grabación.

Transmisión

En cuerdas, en el aire y en sólidos como el metal.

5. Debido a que la rapidez de la luz es significativamente mayor a la rapidez del sonido. 6. Consiste en un cambio en la frecuencia del sonido de una fuente en movimiento, y que es percibido por un receptor en reposo o en un movimiento de igual dirección pero sentido opuesto.

Actividad de refuerzo (página 62) 1. 2. 3. 4. 5.

Aproximadamente 6,75 oscilaciones. v = 0,8 m/s; f ≈ 0,675 Hz; T≈ 1,48 s; λ≈ 1,18 m. La oscilación del péndulo y el desplazamiento de Francisco. Transversal. A que el péndulo pierde energía. Es un tipo de onda amortiguada.

• El murciélago. • El perro. • La tortuga. • Ratón, perro y murciélagos.

Actividad de profundización (página 63)

Actividad complementaria (página 53)

Evaluación de unidad (páginas 64 y 65)

• Todos los estudiantes deberían escuchar el sonido. • Debido a la difracción. • De manera similar al esquema presentado en la página 39

1. D 3. A 5. A 7. C 2. C 4. A 6. C 8. Las ondas lumínicas provenientes del Sol se clasifican como: electromagnética, viajera, transversal y tridimensional. El sonido proveniente de una flauta, se clasifica como: mecánica, viajera, longitudinal y tridimensional. 9. a. La segunda onda, ya que realiza una mayor cantidad de ciclos en un mismo tiempo. b. La longitud de onda del primer gráfico es de 8 cm y su frecuencia es aproximadamente 112 Hz. La longitud de onda del segundo gráfico es aproximadamente 0,75 cm y la frecuencia es cerca de los 1175 Hz.

de la guía.

Actividad complementaria (página 57) • Pérdida auditiva, estrés, depresión, irritabilidad. • El decreto Nº38, del Ministerio de Medio Ambiente del año 2011. • Reglamentar horarios y lugares en donde se puede emitir ruido y normar intensidades máximas.

• Es probable que, mediante los patrones de ruido, las tormentas y otros eventos naturales puedan ser advertidos con anticipación.

Evaluación parcial lección 1 (página 60) 1. 2. 3. 4. 5.

Frecuencia: 3 Hz; período: 0,33 s. Frecuencia ≈ 1,43 Hz. La onda se clasifica en mecánica y bidimensional. Imagen 1: reflexión; imagen 2: refracción; imagen 3: difracción. En la frecuencia, ya que la onda inferior presenta una mayor frecuencia que la onda superior.

1. 348,71 m/s. 2. T ≈ 39,3 °C.

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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1

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RÚBRICAS A continuación, se presenta una serie de rúbricas y tablas de apreciación que apoyan algunas de las actividades evaluativas del Texto del Estudiante y de la Guía Didáctica del Docente. Los niveles de desempeño se categorizan en: MB = Muy bien; B = Bien; PL = Por lograr. Evaluación de unidad del Texto (páginas 32 y 33). Indicador de desempeño Explico y describo diferentes fenómenos asociados a las ondas y a su representación gráfica.

Pregunta(s) 4, 5, 7 y 9

Comprendo las características y cuali- 1, 2, 3, 6 y 8 dades de las ondas sonoras.

Nivel de desempeño MB: 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas. MB: 5 o 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas.

Evaluación parcial Lección 1, Guía Didáctica del Docente (página 60). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Reconozco las características de las ondas y analizo gráficamente sus elementos.

1, 2, y 5

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Describo y clasifico algunos fenómenos ondulatorios.

3y4

MB: 2 preguntas correctas. B: 1 pregunta correcta. PL: Ninguna pregunta correcta.

Evaluación parcial Lección 2, Guía Didáctica del Docente (página 61). Indicador de desempeño

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Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Explico e identifico las diferentes características del sonido.

1y3

MB: 2 preguntas correctas. B: 1 pregunta correcta. PL: Ninguna pregunta correcta.

Analizo y describo algunas propiedades de las ondas sonoras.

2, 4, 5 y 6

MB: 4 preguntas correctas. B: 3 pregunta correcta. PL: 2 o menos preguntas correctas.

Unidad 1: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Unidad

1

Actividad de refuerzo, Guía Didáctica del Docente (página 62). Indicador de desempeño Identifico y determino algunas características de las ondas.

Pregunta(s)

Nivel de desempeño MB: 2 preguntas correctas. B: 1 pregunta correcta. PL: Ninguna pregunta correcta.

2y4

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Explico fenómenos asociados a las 1, 3 y 5 ondas y reconozco sus características.

Actividad de profundización, Guía Didáctica del Docente (página 63). Indicador

Muy bien

Bien

Por lograr

Identifica las variables solicitadas en los problemas.

Identifica las variables en los problemas 1 y 2.

Identifica variables solo en uno de los problemas.

No identifica las variables.

Trabaja de manera ordenada y sistemática.

El desarrollo ambos El desarrollo de El desarrollo no problemas es ordenado. ambos problemas es es ordenado ni parcialmente ordenado. sistemático.

Consigue llegar a resultados correctos.

Ambos resultados son correctos.

Un resultado es correcto Un resultado es o ambos resultados son parcialmente correcto parcialmente correctos. o ambos resultados son incorrectos.

Evaluación de unidad, Guía Didáctica del Docente (páginas 64 y 65). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Reconozco las características de las ondas sonoras.

2, 4 y 7

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Clasifico las ondas en una tabla, según una serie de criterios.

8

MB: Completa correctamente la tabla. B: Completa de forma parcial la tabla. PL: Completa incorrectamente la tabla.

Aplico las propiedades de las ondas sonoras para comprender fenómenos variados.

3, 5, 6 y 9

MB: 4 preguntas correctas. B: 3 pregunta correcta. PL: 2 o menos preguntas correctas.

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Unidad

2

¿Cómo se relacionan las ondas con la luz? Propósito de la unidad del Texto del Estudiante y de la Guía Didáctica del Docente La segunda unidad del Texto: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz? de primer año medio, tiene como propósito que los estudiantes comprendan que muchos de los fenómenos que observamos en la luz tienen relación con su naturaleza ondulatoria. Como parte del estudio de esta unidad, es fundamental que los estudiantes reflexionen sobre aspectos históricos relacionados con el estudio de la luz y además, analicen la manera en la que esta se propaga, su rapidez y sus propiedades ondulatorias como reflexión, refracción, difracción e interferencia. Se espera además, que indaguen en las diferentes aplicaciones, como lentes, telescopios, filtros, espejos, entre muchos otros, teniendo presente cómo el ser humano percibe la luz. El aprendizaje de los conceptos y habilidades mencionadas, se promueven mediante actividades de exploración, experimentación, comparación y a través de diferentes modelos científicos. Además, con la unidad se pretende fomentar el desarrollo de actitudes que les permitirán trabajar de manera colaborativa y rigurosa, mostrando una curiosidad permanente y una actitud de pensamiento crítico, hacia los nuevos conocimientos, todas las anteriores habilidades del siglo XXI. Para apoyar el desarrollo de los conocimientos, habilidades y actitudes en la unidad del Texto del Estudiante, la Guía Didáctica del Docente entrega una serie de orientaciones y estrategias docentes. Además provee una batería de instrumentos adicionales como: actividades complementarias para atender los diferentes ritmos de aprendizaje, evaluaciones, rúbricas, bibliografías y webgrafías, entre otros. Desde el punto de vista disciplinar, la unidad se relaciona de manera indirecta con las grandes ideas de la ciencia GI.5: Todo material en el universo está compuesto de partículas muy pequeñas y con GI.6: La cantidad de energía del universo permanece constante. En la primera lección, se presentan aspectos históricos del estudio de la luz y se analizan sus principales propiedades ondulatorias. En la segunda lección, se estudian las principales aplicaciones de la luz, como filtros, espejos y lentes, entre otros. Además, se analiza cómo el ser humano percibe la luz.

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

A continuación, se presenta un esquema en donde se muestra cómo se integran y organizan los diferentes conocimientos y aprendizajes de la unidad.

2

Unidad 2 ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Lección 3

Lección 4

La luz y su naturaleza

Aplicaciones de la luz

¿Qué es la luz?

¿De qué manera se propaga la luz?

¿Cuál es el origen de los colores? ¿Con qué rapidez se mueve la luz? ¿Cómo se generan las imágenes en los espejos?

¿Cómo se manifiestan las propiedades ondulatorias de la luz?

¿De qué manera se forman las imágenes en las lentes?

Reflexión ¿De qué manera percibimos la luz?

Refracción Interferencia Difracción

¿Qué rango de luz podemos percibir?

Efecto Doppler

Habilidades • Formular y fundamentar hipótesis comprobables, basándose en conocimiento científico. • Planificar diversos diseños de investigaciones. • Discutir en forma oral y escrita las ideas para diseñar una investigación científica.

Actitudes • Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer fenómenos del entorno natural. • Trabajar responsablemente en forma proactiva y colaborativa. • Usar de manera responsable y efectiva las tecnologías de la comunicación para favorecer explicaciones científicas. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Fecha:

1. ¿Qué piensas que es la luz? Explica según lo que tú entiendas.

2. ¿Qué característica de la propagación de la luz permite que las sombras conserven la silueta del objeto que obstaculiza la luz? Explica.

3. ¿Qué crees que sucede con la luz al pasar a través del cristal de una lupa?

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

2

4. Si dejas una bombilla dentro de un vaso con agua, esta parece quebrarse en el límite del agua con el aire, tal como se muestra en la siguiente imagen.

¿Por qué sucede este fenómeno? Propón una explicación. 5. ¿Por qué al poner una palabra como “Física” en frente de un espejo, la imagen se ve invertida?

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

6. ¿Qué factores o elementos son necesarios para que se genere un arcoíris? Explica.

Reflexiona Elabora una lista con preguntas relacionadas con la luz y su naturaleza y que te gustaría responder al finalizar la unidad.

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2

Orientaciones y estrategias docentes

Unidad

Orientaciones y estrategias docentes El propósito de las páginas es presentar algunos de los conceptos centrales de la Unidad 2, a través de una serie de imágenes motivadoras. También, se proponen algunas preguntas que le permitirá recoger ideas previas de sus estudiantes.

¿CÓMO SE RELACIONAN LAS ONDAS CON LA LUZ?

Indique que el título de unidad: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz? es una pregunta amplia y cuyo objetivo es responderla al finalizar la unidad. Es fundamental que considere la motivación, como uno de los ejes esenciales y que impulsan el aprendizaje. Por esta razón, es prioritario que trabaje con las imágenes que se presentan en estas páginas, y que las considere como una oportunidad para activar las ideas y conocimientos previos de sus estudiantes. En las imágenes se representa una serie de situaciones relacionadas de manera directa con los fenómenos luminosos. Por ejemplo, se muestra una adolecente que sostiene una lupa en frente de su rostro. Por esta razón, parte de su imagen se ve distorsionada. En relación con esto, les puede proponer a sus estudiantes las siguientes preguntas: • ¿Qué piensas que sucede con la luz al pasar a través del vidrio de una lupa? • ¿Qué ventaja óptica ofrece un instrumento como una lupa? También se muestran burbujas en las que se pueden distinguir la reflexión de un paisaje y ciertos patrones de colores. Respecto de estas imágenes, puede proponer las siguientes preguntas: • ¿Por qué cuando la superficie de una burbuja es iluminada en determinadas posiciones, es posible distinguir una gran gama de colores? • ¿Por qué la imagen reflejada en la superficie de la burbuja se ve curvada?

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34

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

En la página 35, también se muestra una serie de imágenes alusivas a fenómenos relacionados con la luz. En la primera imagen (de arriba hacia abajo), se muestra un prisma que es iluminado por luz blanca. Producto de aquello, la luz se dispersa. Pregunte: • ¿Quién porta los colores, la luz o el prisma? • ¿Cómo explicarían dichos fenómenos? • ¿Qué otros fenómenos que ocurren en la naturaleza pueden ser relacionados con lo que se observa en el prisma?

En la segunda imagen se muestra una copa que contiene agua. Sin embargo, se exhibe un fenómeno interesante, ya que la imagen del paisaje de fondo, se invierte al pasar a través del agua que se encuentra en la copa. Respecto de esta situación puede preguntar: ¿se apreciará este fenómeno si nos acercamos a la copa? Puede invitar a sus estudiantes a que realicen la actividad y a observar de manera directa este fenómeno.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Invite a sus estudiantes a escribir en sus cuadernos las respuestas a estas preguntas y las presentadas en el Texto.

2

Es de suma importancia que tenga presente que, para construir nuevos y mejores aprendizajes es necesario partir de la base de las ideas y concepciones previas de sus estudiantes. Respecto de lo anterior, la evidencia nos señala lo siguiente:

Profundización didáctica El acto de aprender consiste en hacer un esfuerzo por establecer relaciones entre las ideas que ya se tienen (ideas previas) y las nuevas ideas planteadas por el profesor. Lo expresado parte de la base que el conocimiento en sí, no es una copia fiel de la realidad, sino una construcción que la persona realiza fundamentalmente como los esquemas que ya posee, es decir, con lo que ya construyó en su relación con el medio que le rodea. Junto con las ideas previas, es fundamental que el alumno se pueda trazar metas apropiadas, lo que puede no solo mejorar su rendimiento, sino que también su valoración de sí mismo. Las metas de los estudiantes pueden ser muy diferentes a aquellas que los profesores tienen para ellos, sin embargo, son tanto o más valiosas.

• ¿Qué sabes acerca de la luz?

Fuente: Trimiño, B. (2013). Revista Geoenseñanza. N°10.

• ¿Qué fenómenos asociados con la luz reconoces en las imágenes?

Física 1.º medio

En la tercera escena se presenta la imagen de un paisaje que se refleja en un lago. Respecto de esto, señale que la reflexión de la luz es un proceso que podemos reconocer en una serie de situaciones cotidianas. Puede aprovechar la oportunidad para realizar las siguientes preguntas: • ¿Qué característica debe presentar una superficie para que en ella se refleje una imagen?

35

Al final de la página 35, se plantea un par de preguntas, tendientes a recoger algunas ideas previas de sus estudiantes. Es importante mencionar que, junto con las preguntas sugeridas, en el Texto y las que ya se han mencionado, la Guía cuenta con un instrumento “Evaluación diagnóstica”, con el que puede indagar de manera más formal, aquellos conceptos previos que sus estudiantes tienen respecto de la luz.

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3

Lección

Orientaciones y estrategias docentes El propósito de estas páginas es que los estudiantes comprendan el desarrollo histórico acerca de lo que se pensaba sobre la luz, y como dichas contribuciones permitieron consolidar la actual idea acerca de la luz.

LA LUZ Y SU NATURALEZA

Para comenzar En el siguiente cómic se presenta una recreación de cómo pudieron surgir los modelos explicativos de la luz.

Al inicio de la Lección 3, se les presenta a los estudiantes un cómic. De esta manera, se pretende entregar información histórica, a través de un medio que les puede resultar mucho más atractivo y motivador. Es importante aclarar que el cómic, es una representación y no necesariamente todos los hechos que se muestran en él son completamente fieles a la realidad (esto también sucede en un film biográfico). Sin embargo, su valor está en fijar y consolidar la idea de que la observación, el análisis y la experimentación, llevan a los científicos a plantear hipótesis, preguntas o incluso teorías.

Cerca del año 1660, Christian Huygens comenzó a estudiar la luz. ¿Cuál será la naturaleza de la luz?

¿Quizás la luz se propaga como un frente de ondas?

En la franja izquierda, se representa al físico y matemático holandés Christiaan Huygens (1629-1695). Como era habitual en la época, rivalizó con Newton respecto de la teoría de la gravitación universal y también acerca de la naturaleza de la luz.

Simultáneamente, Isaac Newton hizo lo mismo. ¿De qué estará hecha la luz?

¿La luz se moverá en línea recta como pequeñas esferas?

…también se refleja.

¿Se reflejará de esta manera?

Como dato anecdótico, les puede mencionar a sus estudiantes que Huygens pensaba que la luz requería de un medio material para propagarse y que además era una onda del tipo longitudinal (similar al sonido). En la franja derecha del cómic, se representa a Isaac Newton (16431727), quien propuso un modelo corpuscular de la luz. Newton pensaba que la luz estaba compuesta por pequeñas partículas a las que denominó corpúsculos. De esta manera, podía explicar la trayectoria rectilínea de la luz, considerando a los corpúsculos como una sucesión de proyectiles que viajaban en línea recta.

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36

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Para Newton, la reflexión era fácil de explicar, ya que por ejemplo, una esfera que choca con una superficie se refleja en un ángulo de igual medida al de incidencia (respecto de una normal). Hecho que era observado en la luz.

Puede proponer la siguiente actividad complementaria.

Actividad complementaria • ¿Qué explicaciones existían antes de Newton y Huygens respecto de la naturaleza de la luz? • ¿Qué señalaba la escuela atomista, de la Grecia clásica, respecto de la luz? Investiga.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

La luz cambia de dirección al ingresar al agua.

¡Lo tengo!, la luz es una onda.

Al poner un obstáculo en el camino de las esferas, se genera una “zona de sombra”, similar a lo que sucede con la luz.

2

Unidad

James Maxwell (1831-1879): Maxwell pudo relacionar fenómenos que hasta entonces se pensaban que eran distintos. El vinculó la electricidad, el magnetismo y la luz, como parte de un gran fenómeno. De esta manera nació la teoría electromagnética.

2

Niels Bohr (1885-1962): Bohr, propuso un modelo atómico en el que planteaba que la luz nacía al ser emitida en los saltos que realizan los electrones al interior de un átomo. Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una interna, emite un fotón de luz.

¡Lo tengo!, la luz son partículas a las que llamaré corpúsculos.

Para sintetizar lo visto en las páginas, propóngales la siguiente actividad a sus estudiantes.

Actividad complementaria • ¿Qué planteaba el modelo ondulatorio? • ¿Qué proponía el modelo corpuscular? • ¿Qué situaciones explicaban de forma satisfactoria y que hechos no podía explicar? Investiga.

• ¿Qué otros científicos sabes que aportaron en el conocimiento de la luz? • ¿Qué importancia le asignas a la investigación en ciencias?

En el cómic se muestra que desde mediados del siglo XVII, Huygens y Newton propusieron modelos explicativos de la luz. Huygens planteó el modelo ondulatorio y Newton el corpuscular (ambos modelos eran parcialmente ciertos). Hoy sabemos que la luz puede ser entendida como una onda electromagnética, por lo que Huygens acertó con su hipótesis. Sin embargo, la luz también puede ser considerada como por partículas, llamadas fotones, por lo que, en parte, Newton también tuvo la razón. Por ello, el modelo que actualmente explica la luz se llama onda-partícula o modelo dual.

Onda

Partícula (fotón)

½½ En el modelo dual, la luz puede ser

entendida como ondas y partículas. Física 1.º medio

Al final del cómic, se les propone a los estudiantes un par de preguntas de profundización. Respecto de la primera, ¿qué otros científicos aportaron al conocimiento de la luz? Es importante que considere a los siguientes físicos. Chriestensen Roemer (1644-1710): Roemer hizo la primera medición precisa de la rapidez de la luz, al observar a un satélite de Júpiter (Ío), en dos posiciones diferentes. De esta manera determinó que la luz se movía con una rapidez de 2,2 ·108 m/s.

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Thomas Young (1773-1829): Young realizó un famoso experimento, el que se conoce como el de la doble rendija. De esta manera pudo demostrar que la luz se difractaba y experimentaba interferencia. Armand Fizeau (1819-1896): Fizeau, construyó un sistema en el que un haz de luz pasaba a través de una rueda dentada que giraba. Al conocer la rapidez de rotación de la rueda, la cantidad de dientes de esta y la distancia entre el espejo y la rueda, Fizeau determinó que la luz tenía una rapidez de 3,1·108 m/s. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 3

Orientaciones y estrategias docentes

¿De qué manera se propaga la luz?

El propósito de estas páginas es comprender algunas de las propiedades relacionadas con la propagación de la luz.

ActividAd

Para introducir la noción de propagación rectilínea de la luz, puede proponer a sus estudiantes, preguntas como: • ¿Han observado un haz de luz entrar a una habitación oscura?, ¿se puede distinguir en dicha situación la manera en la que se propaga la luz? • Si la luz ilumina un objeto y este proyecta sombra, ¿qué características tiene la silueta de la sombra? Luego, invite a los estudiantes a realizar la actividad propuesta al inicio de la página.

Materiales: tres trozos iguales de cartón con una ranura, cartulina blanca, una linterna, plasticina y cuatro trozos iguales de madera.

Seguramente, en la actividad pudiste inferir que la luz se propaga en línea recta. Una evidencia importante de la propagación rectilínea de la luz, es la formación de sombras, tal como veremos a continuación. La forma de la sombra es de igual silueta que la del objeto. Esto ocurre debido a que la luz viaja en línea recta.

Propósito de la actividad: Comprobar experimentalmente la propagación rectilínea de la luz. Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que con los materiales armen el montaje que se sugiere en las fotografías. Para que la actividad resulte de manera adecuada, es importante que la realicen en un lugar con poca luz. Puede oscurecer la sala de clases o laboratorio. Luego, indíqueles a los estudiantes que deben mantener la linterna en una posición fija e ir ajustando la posición de los cartones (es importante que las ranuras estén derechas y bien centradas). El objetivo práctico de la actividad, es que sobre la superficie que cumple la función de pantalla, se visualice la forma (con luz) de la ranura. Respuestas esperadas de la actividad: En relación con las preguntas planteadas en la actividad, se espera que los estudiantes respondan lo siguiente. Pregunta: ¿En qué disposición quedaron los cartones? Respuesta: Los cartones quedaron alineados. Pregunta: ¿Qué forma se proyectó en la pantalla? Respuesta: La forma que se proyectó en la pantalla fue la forma rectangular de la ranura. Adicionalmente, puede preguntar a sus estudiantes: ¿Qué evidencias aporta lo observado en la actividad, respecto a la forma en la que se propaga la luz?

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Ajusten los trozos de cartón hasta que puedan observar la luz en la pantalla. ¿En qué disposición quedaron los cartones? ¿Qué forma se proyectó en la pantalla?

Penumbra

Sombra

Cuando el tamaño de la fuente de luz es similar al objeto, se genera una zona de sombra (más oscura) y una de penumbra (que varía de oscura a tenue).

Si la fuente de luz es pequeña en relación con el objeto, o si la distancia entre ambos es mucha, la sombra proyectada es nítida. 38

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Posteriormente, se analiza cómo la forma en la que la luz se propaga, explica la formación de las sombras. Es importante que explique geométricamente, mediante un trazado de rayos, que en determinadas posiciones, la silueta de la sombra es similar a la silueta del objeto. Esto es una de las evidencias de la propagación rectilínea de la luz.

La importancia de las evidencias en ciencias Es oportuno, dado la actividad y el contenido estudiado en la página, que les mencione a sus estudiantes que en ciencias, para hacer una determinada afirmación, por ejemplo, que la luz se propaga en línea recta, se necesitan evidencias de aquello. En este caso, una de las evidencias de la propagación rectilínea son las características de la formación de las sombras.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

¿Con qué rapidez se mueve la luz?

2

Unidad

Al final de la página se propone una actividad de investigación y profundización. A partir de su desarrollo, se espera que los estudiantes indaguen respecto de uno de los experimentos realizados para determinar la rapidez de la luz.

2

Puede sugerir científicos y experimentos diferentes a los que se presentan en el Texto, tal como se muestran en la siguiente tabla. ½½ Cerca del año 1600, el astrónomo Johannes Kepler pensaba

½½ Tiempo después, en el año 1640, Galileo Galilei intentó medir la

que la rapidez de la luz era infinita.

½½ En 1675, el astrónomo

Científico

1729

James Bradley

1862

León Foucault

1907

Rosa y Dorsey

1926

Albert Michelson

1950

Essen y Gordon-Smith

1958

K.D. Froome

½½ Alrededor de 1850, el físico francés Armand Fizeau desarrolló

Christensen Roemer midió la rapidez de la luz observando un satélite de Júpiter en dos posiciones diferentes. Su estimación fue de 2,2 · 108 m/s.

Hoy la rapidez de la luz ha sido definida como 299 792 458 m/s y es considerada como una de las más importantes constantes universales.

Año del experimento

rapidez de la luz observando una fuente luminosa a lo lejos. Sin embargo, no pudo hacerlo.

un sistema de espejos y una rueda dentada para medir la rapidez de la luz. Su estimación fue de 3,1 · 108 m/s.

½ Roemer observó a Ío, un satélite natural

de Júpiter en dos posiciones distintas. Esto le permitió estimar la rapidez de la luz.

ActividAd Investiguen en detalle uno de los experimentos realizados para medir la rapidez de la luz y expónganlo a sus compañeros. Física 1.º medio

Es importante que explique que, según cómo un determinado cuerpo interactúa con la luz, este se puede clasificar en transparente, si la luz puede atravesarlo, en translucido, cuando una parte de la luz lo puede atravesar y en opaco, cuando la luz no puede pasar a través de él. Es importante mencionar que son los objetos opacos los que pueden generar sombras más definidas cuando son iluminados.

39

En la página 39, se muestra una secuencia estilo cómic, con la que se explica a grandes rasgos los principales hitos históricos que llevaron a la determinación de la rapidez de la luz. Es importante mencionar que esta forma de entregar el contenido es parte esencial del proyecto y permite motivar de mejor manera a los estudiantes, al emplear recursos gráficos más familiares para los alumnos.

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Lección 3

Orientaciones y estrategias docentes

¿Cómo se manifiestan las propiedades ondulatorias de la luz?

El propósito de las páginas es analizar, de qué manera se manifiestan las propiedades ondulatorias de la luz.

ActividAd

Antes de comenzar con los conceptos que se tratarán en estas páginas, puede recordar algunos de los contenidos estudiados en la Lección 1, del Texto. Pregunte: • ¿Qué propiedades tienen las ondas? Mencionen todas aquellas que recuerden. • ¿Qué propiedades de las ondas mencionadas anteriormente serán válidas para la luz? Luego, invite a los estudiantes a realizar la actividad propuesta al inicio de la página.

Materiales: un puntero láser, un espejo, un trasportador, una hoja de papel, lápiz y regla. Deben tener precuación con el puntero láser y nunca apuntarlo a los ojos.

Realicen el montaje de la imagen. Luego, midan y registren el ángulo con que se refleja el haz. ¿Qué infieren de la reflexión de la luz?

Propósito de la actividad: Analizar la reflexión de la luz. Desarrollo de la actividad: En esta actividad, los estudiantes deben registrar el ángulo de reflexión de un haz de luz, respecto del ángulo con que incide dicho haz sobre un espejo. Sugiérales que completen una tabla similar a la siguiente: Ángulo de incidencia

Ángulo de reflexión

Ángulo 1

Resultado 1

Ángulo 2

Resultado 2

Ángulo 3

Resultado 3

Reflexión Cuando una onda lumínica incide en cierto ángulo sobre el límite que separa dos medios, es reflejada en el mismo ángulo respecto de la normal.

Refracción

Para que resulte de mejor manera, es importante utilizar el láser de forma rasante a la superficie.

¡Precaución!

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½½ Debido a la refracción, la imagen

del pez parece distorsionarse en el cambio del aire al agua.

40

Si una onda lumínica pasa de un medio a otro que posee diferente densidad, experimenta un cambio en su velocidad y, en consecuencia, en su dirección. Este fenómeno es la refracción. Es importante señalar que cada vez que se produce refracción, también hay reflexión de la luz.

Unidad 2: ¿Como se relacionan las ondas con la luz?

Señale a sus estudiantes que nunca deben apuntar la luz del láser a los ojos, ya que podría causar daños en la retina.

Pida a los estudiantes que observen la infografía que se presenta en las páginas. Invítelos a analizarla en detalle.

Respuestas esperadas de la actividad: Se espera que los estudiantes infieran que el ángulo con que un haz de luz incide sobre una superficie plana y respecto de una recta normal, es de igual medida que el ángulo con el que se refleja.

Respecto de la reflexión explique que este fenómeno cumple con la ley de reflexión, en donde el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son de igual medida. Respecto de la reflexión de la luz en determinadas superficies, señale que existe la reflexión especular y la reflexión difusa.

La reflexión especular: se produce cuando la luz incide sobre una superficie muy lisa y pulida. De esta manera, un haz de rayos paralelos es reflejado también de forma paralela. La reflexión difusa: se produce cuando un haz de rayos paralelos incide sobre una superficie irregular. Debido a esto, los rayos son reflejados en diferentes direcciones. Por esta razón, la imagen pierde nitidez y se hace borrosa.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

2

F1P041

Unidad

Como parte de la infografía, se muestra otra de las propiedades de la luz, la difracción. Respecto de esta propiedad, puede proponerles la siguiente actividad.

Difracción

Actividad complementaria

Si un haz de luz atraviesa una ranura muy fina, puede propagarse en múltiples direcciones, convirtiéndose en un nuevo foco emisor. Este fenómeno es la difracción (ver esquema).

Pida que sus estudiantes se reúnan en parejas y con la mano cerrada, la ubiquen frente a sus ojos y apuntando a una fuente de luz como una ventana o una ampolleta. La mano debe estar a unos 40 cm de distancia. Luego, deben observar las características de la luz que se filtra a través de sus dedos. Pídales que respondan las siguientes preguntas:

Interferencia Si un haz de luz atraviesa una doble ranura, se pueden generar dos nuevos focos de luz, cuyas ondas se interfieren, produciendo un patrón característico.

2

• ¿Qué fue lo que observaron? • ¿Qué propiedad de la luz podría explicar sus observaciones? Fundamenten.

½ Los colores que se forman en una

Después, se presenta otra de las propiedades de la luz (que se relaciona con la difracción), esta es la interferencia. Mencione que el físico Thomas Young, en 1801, y para probar que la luz era una onda, hizo pasar un haz de luz por dos rendijas muy pequeñas. Con ello, pudo observar el fenómeno de interferencia, demostrando de paso la naturaleza ondulatoria de la luz.

pompa de jabón se producen debido a que los haces de luz que se reflejan en la superficie interna y externa de la burbuja se interfieren entre sí.

ActividAd ¿De qué forma pueden demostrar experimentalmente la difracción e interferencia de la luz? Investiguen y expongan un experimento. Física 1.º medio

También en la página 34, se presenta otro fenómeno que experimentan las ondas lumínicas, la refracción. Puede explicar que debido a esto, al observar bajo el agua podemos ver la posición aparente de un objeto y no la real, tal como se muestra en el esquema.

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La posición aparente del pez es la de arriba y la de bajo es la real.

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Orientaciones y estrategias docentes

¿La luz experimenta el efecto Doppler? Como la luz es una onda, también experimenta el efecto Doppler.

El propósito de esta página es que los estudiantes comprendan que la luz, al ser una onda, también experimenta el efecto Doppler. Recuerde a sus estudiantes que el efecto Doppler fue estudiado en la Lección 1. Explique que este ocurre cuando hay movimiento relativo entre una fuente sonora y un receptor. De esta manera, si una fuente emisora de sonido se mueve rápidamente hacia un receptor, este percibirá que la frecuencia del sonido es mayor (más agudo), y si la fuente emisora se aleja del receptor, se percibirá que la frecuencia es menor (mas grave). Dado que la luz también se comporta como una onda, ocurre un fenómeno similar con ella. Cuando una fuente luminosa se acerca hacia un receptor, la frecuencia de la luz percibida es mayor, por esta razón se observará desplazada a la región azul del espectro (recordemos que la frecuencia de la luz se relaciona con el color), y cuando una fuente luminosa se aleja de un receptor, su frecuencia es menor, por lo que la luz se observará desplazada hacia la región roja del espectro. A partir del efecto Doppler, fue posible determinar si los objetos astronómicos distantes, como estrellas o galaxias, se mueven o no. Comente que para analizar la luz de objetos astronómicos distantes, se emplean telescopios cuya luz es conducida y analizada por un instrumento denominado espectroscopio. La luz es descompuesta y se analizan sus líneas espectrales (una línea espectral es una especie de “firma” característica de la emisión fotónica de cierto elemento). Cuando las líneas espectrales se encuentran desplazadas hacia el azul, se deduce que el cuerpo se acerca o nosotros nos acercamos a él y, cuando las líneas espectrales se encuentran desplazadas al rojo, el objeto astronómico se aleja o nosotros nos alejamos de él.

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Si la fuente luminosa se aleja de un observador, la frecuencia percibida será menor, por lo que se ve un color cercano al rojo.

Cuando una fuente luminosa se mueve hacia un observador, la frecuencia percibida es mayor, por lo que se ve un color cercano al azul.

Sentido del movimiento de la fuente.

El efecto Doppler y el conocimiento del universo

Dicha luz es analizada por un espectroscopio.

La luz procedente de objetos lejanos es captada por un telescopio.

½½ Si el espectro de la luz está

desplazado al azul, el objeto se acerca.

½½ Si el espectro de la luz

está desplazado al rojo, el objeto se aleja.

Dado que la luz procedente de la mayoría de las galaxias está desplazada al rojo, entonces el universo se expande. 42

Unidad 2: ¿Como se relacionan las ondas con la luz?

Respecto del efecto Doppler de la luz, les puede proponer a sus estudiantes la siguiente actividad complementaria.

Actividad complementaria • ¿Qué otro tipo de ondas experimenta el efecto Doppler? Investiguen. • Si la mayoría de las galaxias se alejan de nosotros, entonces, ¿estuvieron en el pasado más cerca entre sí? Argumenten.

La importancia de las evidencias en ciencias Explique a sus estudiantes que la observación astronómica del efecto Doppler de la luz, fue una de las mayores evidencias de la expansión del universo. Sin dichos datos no hubiera sido posible plantear teorías tan importantes como la del big bang, que da cuenta de los acontecimientos que ocurrieron inmediatamente después de la gran explosión.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

INVESTIGACIÓN PASO A PASO

2

¿De qué forma cambia la luz al pasar de un medio a otro?

Unidad

Sugiérales que completen una tabla similar a la siguiente: Ángulo de incidencia

Paso 1 Planteo una hipótesis En relación con la pregunta formulada, propongan una hipótesis.

Paso 2 Planifico y ejecuto una investigación

2

Ángulo de refracción

Ángulo 1

Resultado 1

Ángulo 2

Resultado 2

Ángulo 3

Resultado 3

Para que resulte de mejor manera, es importante utilizar el láser de forma rasante a la superficie.

¡Precaución! Consigan un puntero láser, un vaso con agua, dos transportadores y un poco de leche.

Señale a sus estudiantes que nunca deben apuntar la luz del láser a los ojos, ya que podría causar daños en la retina.

Agreguen un par de gotas de leche al agua.

Explique a sus estudiantes que la capacidad de un medio para refractar la luz, se relaciona con un coeficiente adimensional denominado índice de refracción (n). El índice de refracción de un determinado medio se puede determinar de la siguiente manera: c n= vm

½ La tonalidad del

agua se ve así (verde), por que la luz del láser es de ese color.

Apunten la luz del láser al agua y observen tanto la luz refractada como la reflejada.

Ahora, con los transportadores, registren la variación en la luz al cambiar de medio.

Donde c es la rapidez de la luz en el vació y vm es la velocidad de la luz en el medio determinado.

Paso 3 Organizo y analizo los resultados a. ¿De qué manera varió la trayectoria de la luz al cambiar de medio? b. ¿Cómo explicarían lo observado?

Paso 4 Concluyo y comunico a. ¿Qué otros fenómenos cotidianos se explican con la refracción? b. Investiguen la ley física asociada al fenómeno y expónganla a sus compañeros junto con un video de su experimento.

Nunca deben apuntar la luz del láser a los ojos. Física 1.º medio

El objetivo de esta página es realizar una investigación guiada. Para ello, se propone una secuencia de pasos relacionados con las habilidades del pensamiento científico. Propósito de la actividad: Observar la refracción de la luz, empleando un puntero láser y un vaso con agua.

Presente la siguiente tabla donde se muestran algunos índices de refracción de algunos medios.

¡Precaución!

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Desarrollo de la actividad: Pídales a sus estudiantes que agreguen un par de gotas de leche al agua (no es recomendable agregar más, ya que no se observará el fenómeno). Una vez realizado esto, deben iluminar con el láser, en diferentes posiciones el agua. Invite a sus estudiantes a que empleando los transportadores, observen y registren los diferentes ángulos con que la luz se refracta en el agua.

Índice de refracción de la luz Medio

Índice

Agua

1,33

Metanol

1,36

Benceno

1,50

Cuarzo

1,45

Diamante

2,42

Aire

1,00

Vidrio común

1,66

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4

Lección

Orientaciones y estrategias docentes El propósito de estas páginas es analizar la formación de los colores, en diferentes situaciones, como dispersión, síntesis aditiva, filtros, etcétera.

APLICACIONES DE LA LUZ Materiales: una fuente con agua, un espejo, una linterna y una hoja de papel.

Para comenzar

Antes de comenzar con el estudio de la página, puede proponerles a sus estudiantes las siguientes preguntas: • ¿Cómo piensas que se forman los colores? • ¿Con qué órgano percibimos la luz y los colores? Luego, invítelos a realizar la actividad “Para comenzar”.

Dejen el espejo dentro del recipiente con agua, tal como se muestra en la fotografía.

Propósito de la actividad: Mediante un prisma de agua, observar y analizar la dispersión cromática de la luz.

¿Cuál es el origen de los colores?

Desarrollo de la actividad: Pídales a los estudiantes que con los materiales armen el montaje que se sugiere en las fotografías. Es importante emplear una superficie blanca como pantalla, para poder distinguir de mejor forma la dispersión cromática de la luz.

La luz blanca está formada por colores, tal como vieron en la actividad anterior. Para entender este fenómeno, analicemos la siguiente situación.

Si un haz de luz atraviesa un prisma, este se refracta y descompone en colores. Esto se conoce como dispersión cromática.

Otro punto importante, es que un prisma de agua siempre funciona de mejor manera con luz solar. Respuestas esperadas de la actividad: Pregunta: ¿Cómo explicarían lo observado? Respuesta: Cuando la luz entra al agua, como esta está formada por los colores, cada uno de ellos se refracta con variaciones en su ángulo, esto permite la dispersión de la luz. Tal como se muestra en el siguiente esquema.

Iluminen el espejo (idealmente con luz de Sol) y vean el reflejo en la hoja. ¿Cómo explican lo observado? ¿Qué saben de la formación de colores?

Un prisma es un sólido transparente y con forma de poliedro.

½½ Un arcoíris se produce por

la dispersión cromática que experimenta la luz al reflejarse dentro de las gotas de agua.

½½ La luz dispersada siempre

lo hace en el mismo patrón; rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

44

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Explique a sus estudiantes que existen diferentes tipos de prismas, tal como se muestra en la siguiente imagen.

En la página también se presenta un prisma, el cual es un instrumento poliédrico, transparente y que puede, en determinadas condiciones de iluminación, dispersar la luz.

84

Es importante señalar, que la dispersión cromática se produce en el fenómeno de la refracción (cuando el ángulo de incidencia es distinto de 0° y la luz es policromática). Lo que hace un prisma (de agua o vidrio), es solo acentuar el fenómeno para facilitar su observación.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Los colores en nuestro entorno

2

Luz blanca

Luz monocromática roja

Como la luz blanca está formada por los diferentes colores, es posible comprender por qué podemos distinguirlos. Cuando un haz de luz blanca ilumina un pimiento, este solo refleja el color rojo y absorbe los demás. ¿Qué sucederá si iluminamos el mismo pimentón con luz monocromática (por ejemplo un láser verde)? Investiguen.

Rojo

Verde

Por filtros

2

Finalmente, indíqueles a sus estudiantes que la dispersión cromática se genera cuando un haz de luz se refleja en dos superficies próximas entre sí, como la superficie externa e interna de una burbuja de jabón o la delgada lámina que cubre un disco compacto. Explique que en la naturaleza, muchos insectos que presentan tonalidades “tornasol”, se debe a que parte de su estructura externa, genera interferencia de la luz.

Por interferencia

Azul

Cuando se ilumina con luz de los colores primarios, es posible generar luz blanca y una gran gama de colores.

Posteriormente, explique que los colores pueden ser producidos de diferentes maneras. Por ejemplo, cuando una superficie blanca es iluminada por colores primarios, se pueden generar los diferentes colores. Para que esto ocurra, las intensidades de los colores deben cambiar. Mencione que los colores en las pantallas de los televisores, monitores y celulares se producen por síntesis aditiva. Luego, comente que los filtros de colores pueden absorber la luz monocromática de una determinada frecuencia. Explique que estos se emplean en la fotografía y en la observación astronómica.

Algunas formas en las que se producen colores Por síntesis aditiva

Unidad

Al interponer un filtro (superficie transparente de un determinado color) entre un objeto y un observador, es posible absorber ciertos colores y ver el objeto de un color diferente.

Debido a la interferencia, en determinadas superficies, como la de un CD o una burbuja de jabón, se producen patrones de colores.

Al pie de la página, se les propone a los estudiantes la construcción de un disco de Newton. Explique que este se puede construir de manera similar a la fotografía o bien, se puede emplear un sistema de poleas para que este gire más rápido.

ActividAd Construyan el disco de la fotografía y háganlo girar rápidamente. Propongan una explicación a lo que se observa. F1P045 Física 1.º medio

Explique que los colores son percibidos debido a que la luz (formada por todos los colores) al incidir sobre un determinado cuerpo de color verde, por ejemplo, todas las frecuencias de los otros colores son absorbidas y solo es reflejada la luz monocromática verde. Por esta razón podemos percibir los objetos de diferentes colores.

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Errores frecuentes Explique que los colores no es una propiedad intrínseca de determinado objeto. Básicamente, los colores que podemos percibir es debido al tipo de luz con que son iluminados (por lo que los colores son una propiedad de la luz). Puede plantearle a sus estudiantes, por ejemplo, si el Sol fuera una estrella diferente como una estrella azul o roja, la gama de colores que percibiríamos en nuestro entorno sería distinta. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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85

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Lección 4

Orientaciones y estrategias docentes

¿Cómo se generan las imágenes en los espejos?

El propósito de estas páginas es que los estudiantes analicen la formación de imágenes en diferentes tipos de espejos y, además, reconozcan algunas de sus aplicaciones. Puede comenzar la clase, proponiéndoles preguntas a sus estudiantes como: • ¿Por qué en determinadas superficies podemos distinguir nuestra imagen? • ¿Qué característica tiene una imagen reflejada en un espejo plano? En la página se analiza la formación de una imagen en un espejo plano. Explique que un espejo es una superficie opaca y muy pulida. Comente, además, que las imágenes que se forman en un espejo plano tienen las siguientes características:

Un espejo es una superficie opaca y pulida, por lo que puede reflejar eficientemente la luz que incide sobre este. Por esta razón, podemos ver nuestra imagen en él. Para analizar la formación de imágenes, vean el esquema.

Los rayos de luz que provienen del objeto son reflejados hacia el ojo y parecen proceder de un punto situado detrás del espejo.

Son virtuales: Parecen encontrarse detrás del espejo.

do

Rayos incidentes Objeto

Es derecha: Está orientada igual que el objeto.

Respecto de los espejos planos puede plantear la siguiente actividad.

ActividAd

Actividad complementaria

½ Si la superficie

Puede emplear el siguiente esquema para ejemplificar la formación de una imagen en un espejo plano. Espejo plano Objeto

Imagen

Altura objeto

Altura imagen

Distancia objeto

86

di

Proyección de los rayos reflejados Imagen

Rayos reflejados

Se refleja en forma directa: La imagen generada en un espejo se encuentra invertida horizontalmente.

• ¿Qué superficies reflejan de manera similar a un espejo plano? Menciona algunos ejemplos. • ¿Qué propiedad de las ondas, estudiada en la Lección 1, permite explicar la formación de imágenes en un espejo?

Espejo plano

reflectora está horizontal, la imagen se invierte verticalmente.

46

La distancia entre el objeto y el espejo (di) es igual a la que hay entre la imagen y el espejo (do). Además, la imagen es de igual tamaño que el objeto y virtual, ya que parece venir de detrás del espejo.

Escribe una palabra y ponla frente a un espejo. ¿Qué crees que significa lo que observas? ¿Cómo lo explicarías?

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Para analizar algunas características de la reflexión directa, se propone al pie de la página una actividad en la que los estudiantes deben escribir una palabra y después, ponerla frente a un espejo. Puede solicitarles que una vez terminada la actividad, hagan un trazado de rayos. De esta forma, puedan fundamentar geométricamente y mediante un esquema, sus observaciones.

Es conveniente que les explique a sus estudiantes cómo son los espejos domésticos. Coménteles que un espejo de un baño, por ejemplo, el verdadero espejo (superficie reflectora) es una delgadísima película de plata. El vidrio, al ser transparente, permite servir que la luz lo atraviese, al mismo tiempo de servir de soporte para la película de plata.

Distancia imagen

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Espejos curvos

2

ActividAd

Unidad

Propósito de la actividad: Observar y analizar las características de una imagen que se refleja en una superficie cóncava y en otra convexa.

Pongan una cuchara frente a su rostro y observen.

Desarrollo de la actividad: Pídales a sus estudiantes que para la actividad utilicen una cuchara metálica muy pulida. Luego, que observen su imagen, primero en la cara cóncava y luego en la convexa. Es importante que en cada caso acerquen y alejen la cuchara de su rostro, para observar cómo varía la imagen con la distancia.

Ahora, inviertan la cuchara y observen. ¿Cómo piensan que ocurre la reflexión en cada cara de la cuchara?

Los espejos curvos pueden ser cóncavos o convexos y tienen un foco (F), que es donde se cruzan los rayos de luz, y un centro de curvatura (C), que es el centro de la sección curva.

Espejo cóncavo

Espejo convexo

F C

F

Para complementar la actividad, puede plantearles a sus estudiantes las siguientes preguntas:

C

• ¿Qué sucede con la luz al incidir en una superficie curva como la cuchara? Hagan un esquema. • ¿Cómo se percibió la imagen en cada uno de los casos? Describan. Luego, invite a sus estudiantes a analizar los esquemas en donde se presenta la reflexión de la luz en espejos cóncavos y convexos.

Formación de imágenes en espejos curvos 1

1 2

2 F C

C

F

½½ La imagen resultante en un espejo cóncavo depende de la

ubicación del objeto. Para conseguirla se trazan dos rayos: uno paralelo al eje óptico (1) y uno que pasa por el foco (2).

2

En la parte inferior de la página se indican algunas aplicaciones de los espejos curvos. Sin embargo, existen muchas más aplicaciones a las señaladas mediante las imágenes. Por esta razón, invítelos a realizar la siguiente actividad complementaria.

½½ De manera similar, para obtener la imagen en un espejo convexo,

es necesario trazar los mismos rayos. ¿Qué sucederá al situar el objeto entre el foco y el espejo? Hagan el trazado de rayos.

Aplicaciones de los espejos

Actividad complementaria ½½ Espejo retrovisor.

½½ Espejo para circulación vial.

½½ Telescopio reflector.

Física 1.º medio

En esta página se analizan los espejos curvos. Antes de comenzar a trabajar en el desarrollo de los conceptos propuestos en la página plantee las siguientes preguntas: • ¿Qué espejos o superficies curvas y que puedan reflejar imágenes conoces? • ¿Qué características tienen algunas de las imágenes generadas en los espejos curvos? Para orientar las respuestas de los estudiantes tenga presente que los

47

espejos curvos son superficies reflectoras cuya geometría se asocia a una sección circular. Respecto de algunos espejos curvos que los estudiantes pudiesen conocer, es importante que mencione que están los espejos retrovisores de los automóviles, espejos curvos para maquillaje (que amplían la zona reflejada), algunos espejos curvos empleados para la generación de energía y espejos curvos de los diferentes telescopios reflectores. Luego, invítelos a realizar la actividad propuesta.

• ¿Qué aplicaciones tienen los espejos curvos en la generación de energía solar? Investiguen. • ¿Qué telescopios de última tecnología emplean espejos curvos?

Centros de investigación en Chile Señale que en el desierto de Atacama, se construye el proyecto Atacama 1, una de las plantas termosolares más grandes de Sudamérica. Esta funciona empleando una serie de espejos planos que se disponen de tal forma, que funciona como un solo gran espejo curvo, el que puede concentrar toda su energía lumínica en un solo punto. Esto permite que funcione un generador eléctrico. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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Lección 4

Orientaciones y estrategias docentes

¿De qué manera se forman las imágenes en las lentes?

El propósito de estas páginas es que los estudiantes comprendan qué sucede con la luz al atravesar una lente y que analicen el proceso de formación de imágenes en ellas.

Una lente es un instrumento hecho de material transparente limitado por dos superficies. En el esquema, se muestra una lente convergente. Al atravesar la lente, los rayos se refractan y se cruzan en el foco.

Una serie de rayos paralelos inciden sobre una lente.

Explique que una lente convergente es un instrumento óptico de material transparente que se caracteriza por estar limitada por dos superficies y ser más gruesa en el centro que en los extremos.

F

Dibuje o proyecte en la pizarra algunos tipos de lentes convergentes, similares a los que se muestran a continuación. Formación de imágenes en lentes convergentes Las imágenes que resultan en una lente convergente dependen de la posición del objeto (ver esquemas).

Objeto

Imagen

1 1

2

2 Imagen

Biconvexa

Plano-convexa

F

F

Cóncavo-convexa

Posteriormente, se analiza la formación de imágenes en lentes convergentes. Puede emplear diagramas como los siguientes para la formación de imágenes, según las diferentes posiciones que puede tener el objeto.

F Objeto

F

Para determinar la imagen, se trazan dos rayos. 1: Paralelo al eje óptico, se refracta y pasa por el foco. 2: Pasa por el centro de la lente. Donde se cruzan los rayos, se dibuja la imagen.

ActividAd Empleando una lupa, traten de proyectar en una hoja la imagen de una lámpara de techo. ¿Qué características tiene la imagen?

Objeto Imagen

48

Objeto Imagen Imagen

Objeto

88

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Al final de la página, se propone proyectar un objeto (lámpara) con una lupa sobre y una hoja de papel. Esta experiencia es muy simple de realizar y bastante ilustrativa, ya que permite ver las características de la imagen obtenida con una lente convergente. En primer lugar, señáleles a sus estudiantes que deben sostener una lupa sobre una superficie blanca (pantalla) y debajo de una lámpara o ampolleta que se encuentre en el techo. Explique que deben ir variando la distancia hasta que obtengan una imagen nítida sobre la superficie.

Respecto de las características de la imagen, señale que esta es una imagen real (ya que puede ser proyectada sobre una superficie), más pequeña (si la lámpara está a más de dos veces la distancia focal). Si está entre el foco y dos veces la distancia focal, será de mayor tamaño que el objeto, e invertida respecto del objeto original (lámpara en este caso).

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Una lente divergente es más delgada en el centro que en los bordes. Su foco se denomina virtual, ya que se sitúa donde se intersecan las proyecciones de los rayos refractados.

Una serie de rayos paralelos incide sobre una lente.

2

Al atravesar la lente, los rayos refractados se dispersan, alejándose entre sí. F

Unidad

Puede sugerir a sus estudiantes que visiten la siguiente página web, en ella encontrarán una animación interactiva en la que pueden modificar la distancia y el tamaño del objeto frente a una lente divergente y ver de manera inmediata cuáles son las características de la imagen resultante.

2

https://www.geogebra.org/m/dpFzRedt Al final de la página se propone una actividad de síntesis y de aplicación, en donde se les solicita a los estudiantes obtener las imágenes resultantes en una lente convergente y en otra divergente. Explique que para conseguirlas, deben realizar los esquemas y el trazado de rayos.

Formación de imagen en una lente divergente Las imágenes generadas en una lente divergente presentan siempre las mismas características: son virtuales, de menor tamaño y en la misma orientación que el objeto. Objeto

Actividad complementaria

1

Mediante el trazado de rayos, determina el tipo de imagen que se forma cuando un objeto es ubicado a la izquierda de una lente convergente, a una distancia de 1,5 distancias focales e invertido respecto del eje óptico.

2

F Imagen

ActividAd Determinen las imágenes que se producen en cada caso empleando el trazado de rayos.

F

F'

F

F'

F1P049 Física 1.º medio

Explique que una lente divergente es un instrumento óptico hecho de material transparente y que es más delgada en su centro que en los extremos. Una lente divergente, tiende a dispersar los rayos que inciden sobre ella. Una lente divergente, se caracteriza por que su foco es virtual, ya que este se ubica donde se intersecan las proyecciones de los rayos de luz dispersados.

49

Dibuje o proyecte en la pizarra algunos tipos de lentes divergentes, similares a los que se muestran a continuación.

Bicóncava

Plano-cóncava

Convexo-cóncava

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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89

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Lección 4

Orientaciones y estrategias docentes

Las lentes y sus aplicaciones A partir de la invención y el desarrollo de las lentes, otras áreas, como la astronomía y la biología, experimentaron un impulso significativo. A continuación, revisaremos algunas de las principales aplicaciones de las lentes.

El propósito de estas páginas es que los estudiantes comprendan y analicen las diferentes aplicaciones que tienen las lentes, y reconozcan su importancia en el desarrollo de la ciencia y la tecnología.

La lupa Al pasar a través de la lupa, los rayos de luz se refractan de manera similar a como se muestra en el esquema. Por esta razón, la imagen generada es mayor respecto del objeto.

Explique que al ver a través de una lupa, se pueden distinguir imágenes virtuales, derechas y más grandes que el objeto. Posteriormente, señale que una de las principales aplicaciones de las lentes, fue el telescopio refractor. Este funciona a base de la combinación de dos lentes convergentes, una denominada ocular y otra objetivo. Para relevar la importancia de la invención del telescopio, puede entregar la siguiente información adicional.

El telescopio refractor Un telescopio refractor simple emplea dos lentes, uno objetivo y otro ocular. La combinación de ambas produce una imagen virtual y más cerca de un objeto lejano.

Contexto histórico No se tiene claridad respecto de cuándo se inventó el telescopio refractor. Algunos historiadores señalan a Zacharias Janssen como el inventor del telescopio (1585-1632). Sin embargo, todos coinciden que fue Galileo Galilei quien perfeccionó este instrumento y lo empleo sistemáticamente en la observación astronómica. Uno de los principales problemas de un telescopio refractor es la aberración cromática. Este defecto óptico genera una perturbación de las imágenes observadas. Fue en el siglo XVIII, con el desarrollo de las lentes acromáticas, que los telescopios refractores tuvieron su auge. En el año 1820, Joseph Fraunhofer construyó uno de los mayores telescopios refractores. Fue hasta comienzos del siglo XX que los telescopios refractores alcanzaron su límite técnico. Por esta razón, se abrió paso al desarrollo de los telescopios reflectores (inventado por Isaac Newton). Estos son los telescopios ópticos más importantes de la actualidad. Sin embargo, el telescopio refractor fue uno de los instrumentos que impulsó el desarrollo de la ciencia y hoy en día aún son empleados por astrónomos aficionados y estudiantes.

90

Lente ocular

Lente objetivo

½½ En un telescopio refractor se forma una

imagen pequeña (al interior de este) que luego es amplificada por el ocular. La imagen que se ve se encuentra invertida.

50

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Sugiérales a los estudiantes que visiten el siguiente enlace, donde se muestra de manera ilustrativa y didáctica, qué es y cómo funciona un telescopio refractor. Además, se analiza desde los conceptos de la óptica geométrica. https://www.youtube.com/ watch?v=mwvPV1CdBbk

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

El microscopio

2

Un microscopio funciona de manera similar a un telescopio refractor, ya que también emplea dos lentes. La diferencia es que la distancia focal del objetivo es menor que la del objetivo de un telescopio.

Lente ocular

Lente objetivo

Objeto Imagen 1 Focular Fobjetivo

½½ Al ubicar un objeto cerca de la lente objetivo, la

imagen es amplificada, lo que permite visualizar detalles imposibles de ver a simple vista.

Los binoculares o prismáticos Es un instrumento similar al telescopio, pero de menor alcance. Se compone de dos oculares, lo que produce un efecto de estereoscopía, es decir, genera la ilusión de profundidad. Para que la imagen se vea derecha, se emplean espejos y/o prismas.

Para mejorar el alcance de las cámaras fotográficas, se emplean las lentes objetivos. Para regular el enfoque, estos dispositivos pueden llegar a ser muy complejos, tal como se ve en la imagen.

Física 1.º medio

Actividad complementaria 51

La imagen que se forma a partir de la lente objetivo, servirá a su vez, de imagen para la lente ocular, la que presenta una mayor distancia focal. La lente ocular, forma una imagen virtual y de mayor tamaño que el objeto. Esta es finalmente percibida por la persona que observa.

• ¿En qué consiste un catalejo? • ¿Cuándo se inventaron los lentes ópticos? • ¿De qué manera funciona un proyector? • ¿De qué forma enfoca una cámara fotográfica?

Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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2

Finalmente, puede plantearles a sus estudiantes la siguiente actividad.

Lentes fotográficos

Respecto del microscopio óptico señale que es uno de los instrumentos que más avances ha generado a disciplinas como la biología y la medicina. Un microscopio óptico consiste en dos lentes convergentes de diferente distancia focal. La lente que posee menos distancia focal se llama objetivo. El objeto que se desea observar, se sitúa más allá del foco de aquella lente.

Respecto de los binoculares comente que este instrumento tiene un funcionamiento similar al de un telescopio refractor. La diferencia radica en que se puede mirar a través de ellos con ambos ojos. Esto produce un efecto de estereoscopía, es decir, permite percibir la imagen en forma tridimensional, lo que genera la impresión de profundidad. Existen otros instrumentos ópticos que es importante que los mencione y/o analice junto a sus estudiantes, uno de ellos es la fibra óptica. Esta consiste en un delgado filamento de vidrio por el que puede viajar una señal luminosa (o también otras señales electromagnéticas). El principio físico subyacente en la fibra óptica es el de la reflexión total interna. Cuando la luz viaja al interior de la fibra óptica, experimenta múltiples reflexiones en la superficie interna de la fibra, tal como se muestra en el siguiente esquema:

Imagen 2

En esta página se presentan otras aplicaciones de las lentes, como el microscopio, los binoculares y las lentes fotográficas.

Unidad

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Lección 4

Orientaciones y estrategias docentes

¿De qué manera percibimos la luz?

El propósito de las páginas es analizar cómo (y con qué órgano) el ser humano capta la luz. Además, de identificar el espectro visible de la luz.

El ojo es el órgano que nos permite captar la luz. Para saber cómo ocurre este proceso, analicemos el esquema. La luz que proviene del exterior se refracta al pasar por la córnea. Luego, la pupila cambia su diametro, porque el iris funciona como diafragma, según la cantidad de luz recibida. El cristalino es una lente que puede cambiar su curvatura. Por esto es posible enfocar los objetos.

Antes de tratar los conceptos propuestos en estas páginas, puede plantear a sus estudiantes las siguientes preguntas: • ¿Qué partes y estructuras del ojo humano conoces? • ¿Qué enfermedades sabes que afectan a la visión? Menciona dos. Luego, analice junto a sus estudiantes el esquema del ojo presentado en la página. Explique que el ojo humano es una estructura especializada mediante la cual podemos captar parte del espectro electromagnético, denominado luz visible.

Cristalino Pupila

Retina

Fóvea

Nervio óptico Córnea

Punto ciego del ojo (disco óptico)

Tecnologías para corregir la visión

Comente a sus estudiantes que el ojo humano funciona de manera análoga a una cámara fotográfica (de las que contienen una recámara oscura). Explique que el obturador de una cámara fotográfica es similar a la pupila del ojo y que la lente de la cámara cumple las funciones del cristalino del ojo humano. Puede mencionar que la imagen que se forma al interior del ojo lo hace de forma invertida, tal como se muestra en el siguiente esquema.

Miopía

½½ La miopía se produce por una deformidad en el globo

ocular. Producto de esto, la imagen se forma antes de la retina. Se corrige al emplear una lente divergente.

52

Lo mismo que se muestra en el esquema sucede al interior de una cámara fotográfica. Es importante que señale que en las cámaras de los teléfonos celulares hay una lente convergente y una cámara oscura. La lente forma una imagen real invertida. Existe una retina (el CCD) sensible la luz que envía señales eléctricas a un procesador (corteza cerebral). 92

Finalmente, la luz llega hasta la retina. Es ahí, donde es transformada por células especializadas (conos y bastones) en señales que viajan a través del nervio óptico hasta el cerebro.

Hipermetropía

½½ En la hipermetropía la imagen se forma más allá de la retina.

Se corrige al emplear una lente convergente.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Es importante que les indique a sus estudiantes algunas de las precauciones y cuidados que se deben tener con los ojos. Por ejemplo, hoy en día es de suma importancia no exponer la vista por tiempos prolongados a la radiación solar. Esto se debe a los elevados índices de radiación ultravioleta que existen en la actualidad, y que generan daños irreparables en la visión.

En la sección final de la página, se presentan algunos problemas oculares y las tecnologías que permiten corregirlas. En relación con aquello, puede proponerles a sus estudiantes que investiguen otras enfermedades y defectos asociados a la visión y si existen tratamientos y tecnologías que las puedan corregir.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

¿Qué rango de luz podemos percibir?

2

El ser humano puede percibir la luz visible, compuesta por todos los colores. Sin embargo, esta es una pequeña parte del espectro electromagnético.

Unidad

Parte del espectro electromagnético y que nosotros podemos captar, es la luz visible, que se compone de los diferentes colores. De esta manera, los colores de mayor frecuencia (energía) son los cercanos al violeta y los menos energéticos son los cercanos al rojo.

2

La radiación infrarroja es menos energética que la luz visible. Todo cuerpo que se encuentra por encima de cierta temperatura, emite de manera espontánea este tipo de radiación. Muchas aplicaciones tecnológicas, como sensores y controles remotos emplean radiación infrarroja.

Las ondas de radio tienen longitudes de onda de 100 km – 1 m.

Luego, explique que las microondas son un tipo de radiación electromagnética de menor energía y frecuencia que la radiación infrarroja y son empleada en las telecomunicaciones, como también lo son las ondas de radio. Como dato, puede señalar que nuestro Sol (representado en la imagen infográfica de la página), emite en todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta radiación gamma.

Las ondas infrarrojas tienen longitudes de onda de 10-6 m a 10-3 m.

Las microondas tienen longitudes de ondas entre 1 m y 1 mm.

La luz visible tiene longitudes de onda de 700 nm a 400 nm. La radiación ultravioleta tiene longitudes de onda de 10-7 m a 10-8 m.

ActividAd

Aporte de la mujer en ciencias Los rayos X tienen longitudes de onda de 10-9 m a 10-11 m. Los rayos gamma tienen longitudes de onda menores a 10-11 m.

¿Qué aplicaciones tienen las diferentes ondas del espectro? Investiga y comenta. Física 1.º medio

En esta página se presenta una infografía donde se muestran las diferentes radiaciones que forman parte del espectro electromagnético. Explique que el espectro electromagnético corresponde a un ordenamiento de la radiación electromagnética (cuya naturaleza y origen es similar) según su frecuencia, longitud de onda y energía. De esta manera, a un extremo del espectro se encuentra la radiación más energética, que corresponde a la radiación gamma, que posee la mayor frecuencia y menor longitud de onda.

53

Posteriormente, explique que los rayos X, son radiaciones altamente energéticas. Es importante que señale que un tipo de radiación en particular, no es que tenga una frecuencia y longitud de onda determinada. Una radiación es considerada de un tipo o de otro, desde un rango de frecuencia a otro.

Señale a sus estudiantes que la destacada física y química polaca, Maria Salomea Skłodowska, conocida como Marie Curie (1867-1934), descubrió junto a científicos como Becquerel y Pierre Curie, la radioactividad de ciertos elementos (estos emitían espontáneamente radiaciones gamma y rayos X). Por este trabajo fue galardonada con el Premio Nobel de Física el año 1903.

Luego, se presenta en el esquema (de derecha a izquierda), la radiación ultravioleta. Esta también es altamente energética y generalmente es la causante de algunos tipos de cáncer a la piel. Guía Didáctica del Docente - Física 1.° Medio

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MODELACIÓN PASO A PASO

Orientaciones y estrategias docentes

¿Cómo construir un telescopio?

El propósito de la página es construir un telescopio refractor (de características similares a un catalejo).

Paso 1 Concibo el modelo ¿Qué tipos de lentes deberías utilizar para elaborar un telescopio?

Para poder realizarlo, debe pedirles a los estudiantes (con anticipación a la clase), que consigan los materiales necesarios, los que son dos lupas (una pequeña y una de mayor tamaño), cartulina y cinta adhesiva.

Paso 2 Construyo

Propósito de la actividad: Construir un telescopio refractor funcional. Desarrollo de la actividad: Pídales a sus estudiantes que se reúnan en grupos de cuatro o cinco integrantes para desarrollar la actividad. Luego, indíqueles que enrollen la cartulina alrededor de cada una de las lupas. Como estas son de diferente diámetro, uno de los tubos de cartulina puede quedar dentro de otro.

Materiales: dos lupas de diferente tamaño, cartulina y cinta adhesiva. La lupa que servirá de ocular debe tener idealmente un diámetro muy pequeño.

Enrollen la cartulina alrededor de cada lupa, formando un tubo, y fíjenla con cinta adhesiva.

Luego, pídales que para enfocar diferentes objetos lejanos, ajusten la longitud de los tubos (similar a un catalejo). Para desarrollar el Paso 3 de la investigación, les puede solicitar que para explicar el funcionamiento del telescopio que construyeron, realicen un esquema en el que se muestre el recorrido de los rayos de luz al ingresar al telescopio y al salir por el ocular.

Inserten un tubo dentro de otro y enfoquen algún objeto distante, ajustando la distancia entre las lupas.

Paso 3 Analizo y evalúo el modelo a. ¿Cómo explicarían el funcionamiento del telescopio que construyeron? Utilicen un diagrama. b. ¿Qué podrían hacer para que la imagen se vea derecha? c. ¿Cómo mejorarían el telescopio?

Desafío ¿De qué forma podrían construir un telescopio empleando espejos? 54

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

Al final de la modelación, se les plantea a los estudiantes como un desafío la construcción de un telescopio reflector. Para apoyarlos en esta tarea, les puede explicar su funcionamiento, asistiéndose del siguiente esquema.

94

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

EL IMPACTO DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LA SOCIEDAD

2

Investigando las propiedades de la luz en Chile

Unidad

En la segunda lectura se presenta una investigación respecto de la luz y su manera en la que esta se “autoatrapa” en diferentes materiales.

2

Respecto de la importancia de trabajar el eje ciencia, tecnología y sociedad, tenga presente lo siguiente.

En Chile, el Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) intenta responder preguntas como: ¿qué es la luz?, ¿cuáles sus propiedades?, ¿puede la luz ser aplicada en nuevas tecnologías?

Ciencia, tecnología y sociedad Una de las funciones sociales más importantes de la educación centrada en el eje de ciencia, tecnología y sociedad es de dotar a las generaciones jóvenes del repertorio de capacidades que les permitan desempeñarse con propiedad en la sociedad productiva. Sin embargo, las profundas y vertiginosas transformaciones sociales hacen que esta función de la educación se haga extensiva a todos los individuos sin importar su edad. Una educación para toda la vida con sus ventajas de flexibilidad, diversidad y accesibilidad en el espacio y en el tiempo, que vaya más allá de la distinción entre educación básica y educación permanente y proporcione a los individuos competencias de orden genérico adaptables a los cambios en los entornos tanto productivos como cotidianos, es una de las llaves del siglo XXI.

Los investigadores del instituto han generado haces de luz que se tuercen en el espacio y que permiten una comunicación sin distorsiones. Además de producir nuevas fuentes de luz que permiten realizar mediciones ultraprecisas.

Atrapando la luz en fibra óptica El doctor Rodrigo Vicencio, académico de la Universidad de Chile, dirige el grupo que busca aprender cómo viaja la luz y se autoatrapa en diversos materiales. Para ello, junto con su equipo, estudió un manojo de fibras ópticas con una geometría muy específica. Producto de sus trabajos, demostraron que es posible transportar controladamente la luz localizada en regiones espaciales muy pequeñas

Fuente: UNESCO 1996

Física 1.º medio

El objetivo de esta página es destacar algunas de las implicaciones sociales que tienen las investigaciones científicas y los desarrollos tecnológicos que se relacionan con la luz y sus aplicaciones. En esta página, además, se mencionan centros de investigaciones nacionales y científicos chilenos. Es de suma importancia relevar la actividad científica a nivel nacional, ya que esto puede motivar a los estudiantes a, en un futuro, participar académicamente en las diferentes disciplinas científicas.

55

En la primera lectura se presenta brevemente, información del centro del Instituto Milenio de Investigación Óptica (MIRO). En relación con dicha información, puede proponerles a sus estudiantes las siguientes preguntas: • ¿Por qué es importante para un país invertir en investigación científica? • ¿Qué otros trabajos desarrolla el Instituto Milenio? Investiga.

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SÍNTESIS Y EVALUACIÓN

Orientaciones y estrategias docentes

Para sintetizar

Estas páginas tienen como propósito integrar, sintetizar y evaluar los aprendizajes desarrollados a lo largo de la unidad. Para ello, se plantea una serie de recursos que favorecen actividades de síntesis, de evaluación y metacognitivas.

La luz y las ondas Electromagnética

Algunos instrumentos que utilizan sus propiedades

La luz es una onda Que se percibe mediante los ojos

Respecto de la síntesis propuesta en la sección “Para sintetizar”, debe tener en cuenta que esta es un proceso clave para el cierre cognitivo de los aprendizajes. En este apartado se propone una síntesis de los principales conceptos estudiados en la unidad. La síntesis permite conocer de manera más profundamente los conceptos que tratamos de entender, simplificar su descripción, descubrir relaciones aparentemente ocultas y construir nuevos conocimientos a partir de otros que ya poseíamos. Por esta razón, tiene un carácter genérico y está relacionada con varias competencias como pensamiento crítico, resolución de problemas, organización y planificación, entre otros.

Qué se propaga de forma rectilínea y con una rapidez en el vacío de 3 · 108 m/s. Experimenta:

Reflexión

Refracción

Difracción

Interferencia

Para saber cómo voy Identifica

1. ¿Qué propiedad de la luz explica la formación de colores en una burbuja de jabón?

Argumenta

3 Imagina que eres astrónomo y analizas el espectro de luz (del hidrógeno) procedente de dos galaxias. Las líneas espectrales de la galaxia 1 se encuentran desplazadas al rojo y la de la galaxia 2 al azul.

Considerando el efecto Doppler de la luz, ¿qué podrías afirmar respecto del movimiento relativo (en relación con la Tierra) de cada una de ellas? Explica

4 Considerando las propiedades de la luz, ¿cómo explicarías que una cuchara parece “quebrarse” al observarla dentro de un vaso con agua?

Puede proponerles a sus estudiantes que, a modo de síntesis individual, realicen un cuadro sinóptico. ¿Qué ventajas tiene un cuadro sinóptico? Uno de los principales aportes de un cuadro sinóptico es la potencia visual que se logra. Una síntesis favorece la comprensión y posterior evocación de la información.

Explica

2. ¿Por qué la sombra que proyecta un objeto tiene la misma forma de la silueta de este?

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

En la instancia evaluativa propuesta en la sección “Para saber cómo voy” se presenta una evaluación que contiene preguntas jerarquizadas por habilidades. Esto es fundamental para el desarrollo del pensamiento profundo en sus estudiantes. Las instancias de evaluación son esenciales en el proceso enseñanzaaprendizaje, ya que le permiten recoger información respecto del nivel de logro de sus estudiantes.

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Explica

2

Aplica

5. ¿Cómo explicarías que la imagen de la casa se ve invertida al observar a través de una esfera de cristal?

7. ¿Cuál será la imagen resultante en esta situación?

Unidad

Finalmente, en el pie de la página 57, se propone la última sección de la unidad “Para cerrar”, cuyo objetivo es favorecer una reflexión metacognitiva por parte de sus estudiantes.

Apoyo metacognitivo

F

A continuación, se presenta una escala de apreciación, la que puede ser trabajada en el cierre de la unidad.

Dibújala en tu cuaderno. Aplica

Escala de apreciación

8. ¿Qué características tendrá la imagen resultante en la situación que se plantea en el esquema?

Analiza

6. El centro de un espejo cóncavo es puesto exactamente en el foco de una lente convergente. Observa el esquema.

Actitud

Aspecto a observar

Interés

Busco más información.

F

F

Evalúa

Frente Solicito ayuda. a una dificultad

Lente objetivo

¿Cuál será la trayectoria del rayo de luz incidente una vez que se refracte en la lente y refleje en el espejo? Dibújalo en tu cuaderno.

Trato de resolverla personalmente. ¿Piensas que funcionará el telescopio? Argumenta.

Me bloqueo y no puedo continuar el trabajo.

Para cerrar

Frente al éxito

• ¿Cuál sería tu respuesta a la gran pregunta planteada en el título de unidad?

Física 1.º medio

Al momento de solicitarles a los estudiantes que desarrollen la evaluación, pídales que escriban sus respuestas en el cuaderno. Tenga presente que para apoyar el proceso de evaluación, la presente Guía Didáctica ofrece variadas alternativas de instrumentos que puede aplicar de manera complementaria a la que se presenta en el Texto. Al final de esta unidad de Guía, encontrará material complementario fotocopiable.

R

Propongo nuevas preguntas y actividades.

9. Sebastián desea construir un telescopio. Para ello, emplea dos lentes divergentes. Lente ocular

G

Profundizo en los contenidos.

Luz incidente

C

57

Me es indiferente Solicito más tareas. Ayudo a los demás.

G = Generalmente; R = Rara vez

En la última pregunta de la sección “Para cerrar” se invita a los estudiantes a responder la interrogante planteada por el título de la unidad. Este hecho es central en la propuesta editorial, ya que permite hacer un cierre respecto de la pregunta que guió el desarrollo de la unidad.

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2

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Orientaciones y estrategias docentes

Evaluación parcial lección 3

Material fotocopiable

Nombre: Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 3 del Texto, responde las siguientes preguntas. 1. En relación con las teorías explicativas de la luz, responde:

Curso:

Fecha:

4. ¿Qué fenómenos asociados al carácter ondulatorio de la luz son representados en las imágenes? Escríbelos en los recuadros.

a. ¿Qué propuso Huygens y Newton, respectivamente? b. ¿De qué manera se pueden contrastar las hipótesis de Huygens y Newton con lo que se sabe en la actualidad de la luz? 2. En los esquemas, se representa una manzana que es iluminada con dos fuentes de luz.

5. En la imagen se representa un haz de luz que incide sobre una superficie plana y pulida.

a. ¿Cómo se explica que la silueta de la sombra de la manzana sea similar a la silueta de la manzana real? b. ¿Por qué en la sombra del esquema inferior se distingue una región más oscura y otra más tenue? 3. ¿Qué científicos intentaron medir la rapidez de la luz? Menciona algunos. a. ¿Qué propiedad de la luz se representa? b. ¿Qué características tiene dicha propiedad? 6. ¿Por qué el efecto Doppler de la luz ha ayudado a comprender la expansión del universo? Explica. 98

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Evaluación parcial lección 4

Material fotocopiable

Nombre: Respecto de los contenidos estudiados en la Lección 4 del Texto, responde las siguientes preguntas. 1. En la imagen se muestra un disco que presenta una serie de colores, y que mediante un mecanismo se puede hacer girar rápidamente.

a. ¿De qué tonalidad se percibirá el disco al hacerlo girar rápidamente? Haz una predicción. b. ¿Por qué se produce dicha tonalidad? Propón una explicación.

Curso:

2

Fecha:

4. En el siguiente esquema se muestra una lente convergente que es puesta al Sol. ¿Por qué en cierta posición esta puede quemar un papel?

5. Un objeto es puesto frente a una lente convergente, en la posición que se muestra en el esquema.

2. ¿Por qué en la superficie de un CD es posible observar una gran gama de colores? F

¿Qué características tendrá la imagen generada? 6. Menciona cuatro aplicaciones que tienen los diferentes tipos de espejos.

3. ¿Por qué razón, si la luz es blanca, podemos percibir en nuestro entorno los objetos de diferentes colores?

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Orientaciones docentes Actividady estrategias de refuerzo Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

Fecha:

En las siguientes imágenes se muestra una serie de instrumentos ópticos.

A

B

C

D

1. ¿Qué instrumentos ópticos emplean una combinación de lentes? 2. ¿Qué instrumento permite obtener una imagen reducida respecto de los objetos? 3. ¿Qué instrumento permite obtener una imagen del mismo tamaño que la del objeto? 4. ¿De qué manera funciona el instrumento B?, ¿para qué se emplea? Explica.

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Actividad de profundización Para apoyar distintos ritmos de aprendizajes

Unidad

Material fotocopiable

Nombre:

Curso:

2

Fecha:

El índice de refracción La refracción corresponde a un cambio en la velocidad de una onda, al pasar de un medio a otro. Como una forma de medir dicho cambio en las ondas lumínicas, se emplea el concepto de índice de refracción de un medio (n). Este corresponde a un parámetro que indica el comportamiento de la luz al atravesarlo. El índice de refracción es adimensional (sin unidad) y se puede determinar con el siguiente modelo matemático. n=

c vm

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío y vm es la velocidad de la luz en el medio en el cual se propaga. Respecto de la información entregada, realiza las siguientes actividades: 1. Observa la siguiente tabla en la que se muestran los índices de refracción de la luz en diferentes medios. Luego, responde las preguntas propuestas. Medio

Índice de refracción

Aire

1,00029

Alcohol etílico

1,36

Cuarzo fundido

1,46

Vidrio común

1,52

Diamante

2,42

a. ¿Qué sucede con la rapidez de la luz a medida que se incrementa el índice de refracción de un medio? b. ¿En qué material presentado en la tabla la luz viaja más lento? c. Considera que la luz pasa de un medio a otro (de los señalados en la tabla), incidiendo de manera oblicua en el segundo. ¿Entre qué medios experimentaría un mayor cambio de dirección? 2. Cuando la luz pasa del vacío a un determinado medio, su nueva velocidad es 2c/3. ¿Cuál es el índice de refracción del medio?

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EVALUACIÓN DE UNIDAD

Material fotocopiable

Nombre: Respecto de los contenidos estudiados en la Unidad 2 del Texto, responde las siguientes preguntas.

Curso:

Fecha:

3. Cuando un rayo de luz blanca atraviesa un prisma, ocurre un fenómeno similar al representado en el esquema.

1. Se sabe que la rapidez de la luz en el aire es muy cercana a la del vacío (3·108 m/s), y la rapidez del sonido en el aire es aproximadamente 340 m/s. Imagina que ves un relámpago, cuentas 4,2 segundos y escuchas un trueno. ¿A qué distancia de ti ocurrió la descarga eléctrica A. 340 m B. 1428 m C. 4200 m D. 3 ·108 m 2. Un grupo de estudiantes realiza el siguiente experimento: dentro de una campana de vacío ubican una linterna encendida y un celular encendido. Comienzan a extraer el aire, y mientras realizan esto, hacen sonar al celular. Las observaciones registradas por los estudiantes en su informe son las siguientes: “A medida que la bomba extraía el aire del interior de la campana, nos percatamos de que el sonido proveniente del celular se escucha cada vez más despacio, hasta que deja de escucharse completamente. Sin embargo, la luz de la linterna mantiene su luminosidad durante todo el proceso.” ¿Cuál de las siguientes hipótesis es coherente con lo registrado por los estudiantes? A. Ambas ondas son mecánicas.

¿Cómo se denomina dicho fenómeno? A. Difracción. B. Reflexión. C. Interferencia. D. Dispersión cromática. 4. ¿Qué tipo de imagen se forma al situar un objeto frente de un espejo plano? A. Derecha y real. B. Virtual y pequeña. C. Virtual y de igual tamaño. D. Real y de mayor tamaño. 5. Un objeto es situado frente a un espejo cóncavo.

B. Ambas ondas son electromagnéticas. C. Una de las ondas no necesita de aire para propagarse. D. Ambas ondas tienen igual energía. F

¿Qué tipo de imagen resultará? A. Real e invertida. B. Real y derecha. C. Virtual e invertida. D. Virtual y derecha.

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Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

6. En el siguiente esquema, se representa un haz de luz blanca que es dispersado por un prisma. Luego, la luz dispersada atraviesa una lente convergente y es dirigida nuevamente a un prisma.

2

Luz blanca

¿Qué tipo de luz saldrá del segundo prisma? Argumenta.

7. En el siguiente diagrama se muestra un telescopio reflector. Luz que ingresa al telescopio

Ojo

Explica el recorrido que realiza la luz, desde que ingresa al telescopio, hasta que llega al ojo.

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Solucionario Unidad 2 Texto del Estudiante

Para saber cómo voy (páginas 56 y 57)

Preguntas inicio de unidad (página 35)

1. 2. 3. 4. 5.

• Las respuestas a esta pregunta dependen de cada estudiante. • Algunos fenómenos asociados a la luz son la dispersión cromática (prisma), la reflexión (lago), la inversión de la imagen (copa con agua), la interferencia (colores en las burbujas) y el aumento del tamaño de la imagen (lupa).

Para comenzar (página 37) • Otros científicos que han aportado al conocimiento de la luz son

Roemer, Fizeau, Maxwell, Michelson y Bohr, entre otros. • La investigación es una etapa fundamental de la ciencia, ya que permite poner a prueba una hipótesis y la construcción del conocimiento.

Actividad (página 38) Los cartones quedaron alineados y se proyectó en la pantalla la forma de la ranura.

Actividad (página 40) Los estudiantes deberían inferir que los ángulos de incidencia y de reflexión, respecto a una normal, son de igual medida.

Actividad (página 41) La difracción se puede demostrar experimentalmente, al hacer pasar luz a través de una pequeña ranura. Por ejemplo, se podría construir una ranura muy fina con dos hojas de afeitar. Luego, en un cuarto oscurecido, hacer incidir la luz de un láser sobre dicha ranura. Un experimento similar se podría replicar para observar interferencia.

Investigación (página 43) 3 (a): Debería observarse que la trayectoria de la luz cambia de dirección respecto de la normal (se refractó). 3 (b): Debido a la refracción de la luz. 4 (a): Por ejemplo, el ver como la imagen de un lápiz parece “quebrarse” al entrar al agua. 4 (b): La ley física es la de Snell.

Para comenzar (página 44) En la actividad debería observarse la dispersión cromática de la luz, ya que con el espejo dentro del agua se crea un prisma.

Actividad (página 45)

7. 8. 9.

Guía Didáctica del Docente Evaluación diagnóstica (páginas 72 y 73) 1. La luz en una onda electromagnética, que puede ser entendida como ondas y como partículas. Por esta razón, el modelo que da cuenta de ella se llama onda-partícula o dual. 2. La propagación rectilínea de la luz. 3. Se refracta. 4. Debido a que la luz se refracta al pasar del aire al agua. 5. Debido a la reflexión directa. 6. Luz policromática (luz blanca) y un medio refractor y reflector, como las gotas de agua.

Actividad complementaria (página 76) • Antiguamente se pensaba que, entre otras cosas, que la luz era

emitida por los ojos. Posteriormente, se propuso que la luz era emitida por los objetos y su rapidez era infinita. • La escuela atomista proponía que los objetos emitían imágenes que llegaban hasta el alma de las personas a través de los ojos.

En la actividad se debería observar que al hacer girar rápidamente el disco, este se debería ver en una tonalidad cercana al blanco. Esto ocurre debido a que se produce una síntesis aditiva de colores.

Actividad complementaria (página 77)

Actividad (página 46)

• Que la luz esta conformada por pequeñas partículas denominadas

En el espejo se debería ver la palabra invertida. Esto sucede por la reflexión directa.

• La teoría ondulatoria explicaba la propagación rectilínea de la

Actividad (página 48) En el primer caso, la imagen resultante no se forma (o se forma en el infinito) ya que los rayos refractados son paralelos. En el segundo caso la imagen es virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto.

Actividad (página 53) Ondas de radio: telecomunicaciones y astronomía; microondas: telecomunicaciones y en la preparación de alimentos; ondas infrarrojas: calefacción, controles remotos y sensores; radiación ultravioleta; desinfección; rayos x: radiografías; rayos gamma: tratamiento de alimentos y creación de radioisótopos.

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6.

La interferencia. Debido a que la luz se propaga de forma rectilínea. Que la galaxia 1 se aleja y la galaxia 2 se acerca. Debido a que la luz se refracta al pasar del aire al agua. La esfera actúa como una lente convergente biconvexa, por lo que los rayos de luz que la traviesan se invierten. Por esta razón la imagen se ve invertida. Al reflejarse en el espejo, el rayo se refracta en la lente y sale de forma paralela al rayo incidente. La imagen resultante es virtual, invertida y más pequeña que el objeto. Imagen real, invertida y de un tamaño similar al objeto. El telescopio de Sebastián no funcionará, ya que la imagen de un objeto captado por la primera lente, se formará siempre a la izquierda de ella.

• Que la luz es una onda (longitudinal) que se propaga en línea recta y que requería de un medio material para su propagación. “corpúsculos”.

luz, la reflexión y la refracción. La teoría ondulatoria explicaba la propagación rectilínea, la formación de sombras y la reflexión, pero no podía explicar la refracción y difracción.

Actividad complementaria (página 81) • Se deberían observar una serie de franjas verticales. • Difracción.

Actividad complementaria (página 82) • Ondas mecánicas sobre la superficie del agua. • La afirmación planteada en la pregunta, es una de las bases de la

teoría del Big Bang, que señala que el universo habría surgido de la explosión de una singularidad.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

Solucionario Unidad 2 Actividad complementaria (página 86) • Una ventana, una superficie muy pulida y un estanque con agua muy quieta, entre otras. • La reflexión y la propagación rectilínea.

Actividad complementaria (página 87) • Son empleados para concentrar la luz en un área pequeña, permitiendo generar energía térmica.

• El VLT, el TGM y E-ELT.

Actividad complementaria (página 89) La imagen que se obtiene es derecha, real y más grande que el objeto.

Actividad complementaria (página 91) • Un catalejo es similar a un telescopio, pero de menor alcance y el ocular se encuentra en un cilindro móvil.

• Un proyector recibe una señal de video y, mediante un sistema de lentes, logra proyectar imágenes fijas o en movimiento.

• Mediante el uso del lente objetivo cuya distancia focal es variable.

Evaluación parcial lección 3 (página 98) 1. a. Huygens propuso el modelo ondulatorio de la luz y Newton el modelo corpuscular de la luz. b. Ambas hipótesis son parcialmente válidas en el modelo actual de la luz. 2. a. Debido a que la luz se propaga en línea recta. b. Esto sucede porque la fuente luminosa es grande en relación con el objeto. Debido a esto, se genera una zona de sombra (oscura) y una zona de penumbra (más tenue). 3. Roemer, Fizeau y Michelson. 4. Imagen 1: interferencia; imagen 2: difracción. 5. a. Reflexión. b. Los ángulos de incidencia y de reflexión de la luz, respecto de una normal, son de igual medida. 6. Debido a que las líneas espectrales de la luz de la mayoría de las galaxias se encuentran viradas al rojo. Esto quiere decir que se alejan.

Evaluación parcial lección 4 (página 99) 1. a. Tonalidad cercana al blanco. b. Por síntesis aditiva. 2. Debido a la interferencia que experimenta la luz al incidir sobre su superficie. 3. Debido a que los objetos absorben ciertas frecuencias de la luz y reflejan otra u otras. Estas últimas son las que percibimos como colores. 4. Debido a que en el foco se concentran los rayos de luz. Esto eleva la temperatura del papel. 5. Más grande y derecha. 6. Espejo retrovisor, telescopio reflector, espejo de circulación vial y algunos sistemas de generación de energía, entre muchas otras aplicaciones.

Actividad de refuerzo (página 100) 1. 2. 3. 4.

ByC C D Los binoculares se emplean para observar objetos distantes. Este funciona de forma similar a un telescopio (con dos lentes convergentes). Además, tiene un prisma y/o espejo que permite que las imágenes se vean derechas.

Actividad de profundización (página 101) 1. a. Disminuye. b. Diamante. c. De aire a diamante. 2. n = 1,5

Evaluación de unidad (páginas 102 y 103) 1. 2. 3. 4. 5. 6.

B C D C A Luz blanca, debido a que en el segundo prisma se invierte el proceso de dispersión. 7. La luz que ingresa al telescopio se refleja en un espejo cóncavo (que se encuentra en su parte interna). Los rayos reflejados, convergen en un pequeño espejo que los refleja y dirige hacia el ocular.

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2

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rúbricas A continuación, se presenta una serie de rúbricas y tablas de apreciación que apoyan algunas de las actividades evaluativas del Texto del Estudiante y de la Guía Didáctica del Docente. Los niveles de desempeño se categorizan en: MB = Muy bien; B = Bien; PL = Por lograr. Evaluación de unidad del Texto (páginas 56 y 57). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Explico algunas propiedades ondulatorias y de propagación de la luz.

1, 2, 3 y 4

MB: 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas.

Analizo y evalúo algunos instrumentos ópticos.

5, 6, 7, 8 y 9

MB: 5 o 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas.

Evaluación parcial Lección 3, Guía Didáctica del Docente (página 98). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Identifico aspectos históricos asociados al estudio de la luz.

1y3

MB: 2 preguntas correctas. B: 1 pregunta correcta. PL: Ninguna pregunta correcta.

Reconozco y analizo algunas propiedades de la luz.

2, 4, 5 y 6

MB: 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas.

Evaluación parcial Lección 4, Guía Didáctica del Docente (página 99). Indicador de desempeño

106

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Comprendo algunas formas en las que se producen los colores.

1, 2 y 3

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Analizo algunos instrumentos ópticos y reconoce sus aplicaciones.

4, 5 y 6

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Unidad 2: ¿Cómo se relacionan las ondas con la luz?

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Unidad

2

Actividad de refuerzo, Guía Didáctica del Docente (página 100). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Identifico las cualidades de algunos instrumentos ópticos.

1, 2, y 3

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Explico el funcionamiento de un instrumento óptico.

4

MB: Desarrolla la explicación de forma completa. B: La explicación es parcial. PL: La explicación es incorrecta.

Actividad de profundización, Guía Didáctica del Docente (página 101). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Analizo una tabla con los índices de refracción de algunos medios.

1a, 1b y 1c

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Aplico de forma adecuada un modelo matemático asociado a la refracción.

2

MB: El modelo se aplica de manera ordenada y sistemática. B: El modelo se aplica de manera parcial. PL: No se aplica el modelo.

Evaluación de unidad, Guía Didáctica del Docente (páginas 102 y 103). Indicador de desempeño

Pregunta(s)

Nivel de desempeño

Reconozco y explico algunas propiedades de la luz.

1, 2 y 3

MB: 3 preguntas correctas. B: 2 preguntas correctas. PL: 1 o ninguna pregunta correcta.

Analizo y explico algunos instrumentos ópticos.

4, 5, 6 y 7

MB: 4 preguntas correctas. B: 3 preguntas correctas. PL: 2 o menos preguntas correctas.

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GLOSARIO TOMO 1 A Amplitud (de una onda): Es la distancia entre un monte o un valle y la posición de equilibrio. Aprendizaje profundo: Tipo de aprendizaje que implica el dominio, la transformación y la utilización del conocimiento para resolver problemas reales. Involucra profundización y extensión del conocimiento.

B Binoculares: O prismáticos, es un instrumento que se compone de dos oculares, lo que produce un efecto de estereoscopia, es decir, genera la ilusión de profundidad.

C Conocimientos previos: Significados que un aprendiz ha elaborado previamente y que constituyen una base sobre la que es posible continuar construyendo nuevos significados.

Habilidades del siglo XXI: Aplicado a la educación, involucra el desarrollo de habilidades y competencias multidimensionales y aplicables a todos los contextos de la vida, que requieren los estudiantes en formación, dadas las características del mundo actual caracterizado por la globalización, la masificación de las redes sociales y la información ilimitada, entre otros aspectos.

I Infrasonido: Es un sonido cuya frecuencia es menor a 20 Hz. Intensidad (de un sonido): Se relaciona directamente con la amplitud de la onda sonora, lo que permite caracterizar un sonido en fuerte o débil según como se percibe. Interferencia (de ondas): Fenómeno que se produce cuando se superponen dos ondas del mismo tipo. Esta interferencia puede ser constructiva (cuando las ondas se potencian) o destructiva (cuando las ondas se anulan).

D

L

Difracción (de una onda): Ocurre cuando un frente de ondas, propagado en una sola dirección, atraviesa una abertura de dimensiones similares a la longitud de onda de la onda. Al pasar por ella, se produce un nuevo foco emisor, desde donde la onda se propaga en múltiples direcciones. Distancia focal: Es la distancia entre el centro óptico de la lente y el foco o punto donde se concentran los rayos de luz.

Lente convergente: Instrumento óptico hecho de material transparente que se caracteriza por estar limitada por dos superficies (por lo menos una de ellas curva) y ser mas gruesa en el centro que en los extremos. Lente divergente: Instrumento óptico hecho de material transparente y que es más delgada en su centro que en los extremos. Lente: Es un instrumento hecho de material transparente y que se encuentra limitado a dos superficies curvas. Longitud de onda: Es la distancia entre dos puntos que poseen igual fase, como dos montes o dos valles consecutivos. Lupa: Es un lente convergente que, al mirar a través de él, genera una imagen de mayor dimensión con respecto al objeto real. Luz: Es una onda electromagnética, que según el modelo dual, puede ser entendida como onda o partícula (fotones).

E Ecógrafo: Aparato que emplea ondas de ultrasonido lo que permite trazar imágenes al interior del cuerpo humano. Efecto Doppler: Fenómeno asociado a las ondas (afecta a las ondas mecánicas y electromagnéticas), que ocurre cuando existe movimiento relativo entre una fuente emisora de ellas y un receptor. Energía: Es la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. También puede ser entendida como la capacidad que tienen los objetos para producir cambios en ellos mismos o en otros objetos. Espectroscopio: Instrumento empleado para analizar la luz. Consta de un prisma, un colimador y un telescopio de diseño acromático. Espejo: Superficie opaca y muy pulida que permite reflejar eficientemente la luz que incide sobre él.

F Foco (de una onda): Lugar de perturbación de una onda. Frecuencia: Número de ciclos que efectúa una onda por unidad de tiempo. Fuente sonora: Objeto material que produce sonido producto de su vibración.

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H

M Metacognición: Capacidad de las personas para reflexionar sobre sus procesos de pensamiento y la forma en que aprenden. Corresponde a un orden superior del pensamiento y se caracteriza por un alto nivel de conciencia, ya que permite gestionar otros procesos cognitivos, tomar conciencia del funcionamiento de la manera de aprender propia y comprender por qué los resultados de una actividad han sido positivos o no. Microscopio: Instrumento que emplea dos lentes convergentes, cuya distancia focal del lente objetivo es menor a la distancia focal del lente ocular. Permite ver objetos muy pequeños.

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O Oído: Órgano del aparato auditivo del ser humano. Ojo: Órgano de los sentidos que nos permite captar la luz. Onda electromagnética: Se produce por la perturbación de las propiedades eléctricas y magnéticas del espacio, por lo que pueden viajar tanto en medios materiales como en el vacío. Onda longitudinal: Se produce cuando las partículas del medio vibran en la misma dirección de propagación de los pulsos. Onda mecánica: Es toda onda que requiere un medio material para su propagación. Onda periódica: Es una onda producto de una serie de pulsos regulares en el tiempo. Onda transversal: Se produce cuando las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de los pulsos. Onda: Perturbación que se propaga en un medio. Este fenómeno puede darse en un espacio vacío o en uno que contenga materia. Ondas estacionarias: Aquellas ondas que se propagan en una región relegada del espacio. Ondas viajeras: Aquellas ondas que se pueden propagar de forma libre y en una región no limitada. Opaco: Característica de un cuerpo cuando la luz no puede pasar a través de él.

P Pensamiento crítico: Aquel capaz de procesar y reelaborar la información que recibe, de modo de disponer de una base de sustentación de sus propias creencias. Periodo (de una onda): Tiempo que tarda una onda en producir un ciclo u oscilación completa. Prisma: Instrumento poliédrico y transparente, que puede, en determinadas condiciones de iluminación, dispersar la luz. Pulso (de una onda): Transmisión de una onda producto de una perturbación.

R Rapidez de propagación (de una onda): Es una magnitud escalar y corresponde a la distancia que una perturbación de la onda, recorre por unidad de tiempo. Razonamiento deductivo: Se refiere a la capacidad de inferir consecuencias que se desprenden de determinados principios o generalizaciones. Razonamiento inductivo: Consiste en inferir generalizaciones o principios a partir de la observación o del análisis. Recursos didácticos: Cualquier medio material o digital, equipo o incluso infraestructura destinados a facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Reflexión difusa: Se produce cuando un haz de rayos paralelos incide sobre una superficie irregular. Debido a esto, los rayos son

reflejados en diferentes direcciones. Reflexión especular: Se produce cuando la luz incide sobre una superficie muy lisa y pulida. De esta manera, un haz de rayos paralelos es reflejado también de forma paralela. Reflexión: Cambio de dirección que experimenta una onda incide en el límite que separa dos medios y, producto de ello, parte de la onda retorna al medio original. Refracción: Es el cambio de velocidad que experimenta una onda al pasar de un medio a otro que posee diferente densidad. Resonancia: Es un fenómeno que se produce cuando coincide la fuerza natural de un objeto con la frecuencia de otro objeto cercano que vibra.

S Sonido: Es una vibración que se propaga por un medio, cuyo fenómeno tiene características del modelo ondulatorio.

T Telescopio: Instrumento óptico que permite amplificar las imágenes de objetos lejanos, en especial los cuerpos celestes. Consiste esencialmente en un espejo o lente que concentra los rayos luminosos y forma una imagen del objeto, y una lente que amplía dicha imagen. Timbre (de un sonido): Es una característica del sonido que permite diferenciar entre instrumentos musicales o la voz de una persona. Se relaciona con la composición armónica del sonido. Tono (de un sonido): Se relaciona con la frecuencia del sonido, y permite caracterizar los sonidos en agudos (onda de mayor frecuencia) o graves (onda de menor frecuencia). Trabajo colaborativo: Aplicado al aula escolar se refiere a la tarea asumida por un grupo de trabajo, idealmente heterogéneo, donde los integrantes asuman una tarea común. Requiere la interacción, el compromiso y la integración de las experticias individuales para el logro de un resultado óptimo. Transparente: característica que tiene un cuerpo que puede ser atravesado por la luz. Traslucido: característica de un cuerpo que puede ser atravesado por una parte de la luz.

U Ultrasonido: Son sonidos cuyas frecuencias son mayores a 20 kHz.

V Velocidad de propagación (de una onda): Corresponde al cambio de posición que una perturbación de la onda, realiza por unidad de tiempo. Considera la dirección y el sentido de propagación, por lo que es una magnitud vectorial.

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• Recursos y actividades interactivas de la luz y el sonido. Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y de Formación del Profesorado, Ministerio de Educación, Gobierno de España. http://recursostic.educacion.es/secundaria/ edad/2esobiologia/2quincena4/2q4_centro.htm • Material interactivo de la luz y el sonido. Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y de Formación del Profesorado, Ministerio de Educación, Gobierno de España. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/56_ondas/index.htm • Recursos interactivos de las ondas y el sonido. Simulaciones interactivas para ciencias y matemáticas, Universidad de Colorado de Estados Unidos. https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics/ sound-and-waves • Información y programa de protección de patologías auditivas. Instituto Nacional de la sordera y otros trastornos de la Comunicación, Gobierno de Estados Unidos. https://www.noisyplanet.nidcd.nih.gov/espanol/en-espanol Bibliografía sugerida por el CRA: • Alonso, M. Física: campos y ondas. Editorial Addison Wesley. • Bueche, F.; Jerde, D. Fundamentos de la física. Editorial McGraw-Hil. • Serway, R. Fundamentos de Física. Editorial Cengage Learning. • Varios Autores. El sonido y la luz. Editorial Holt, Rinehart & Winston.

Como complemento a los recursos presentes en la GDD, puede utilizar los recursos existentes en su biblioteca escolar (CRA y digital). Para esto, se le sugiere pedir asesoría al encargado CRA de su colegio.

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