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Guía de actividades Farmacia Lic. en Bioquímica Lic. en Biotecnología y Biología Molecular Lic. en Física Lic. en Física Médica Lic. en Matemática Lic. en Óptica Ocular y Optometría Lic. en Química Lic. en Química y Tecnología Ambiental Lic. en Ciencia y Tecnología de los Alimentos Tec. Universitaria en Química Trayecto B de la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación Prof. en Física Prof. en Matemática Prof. en Química 1 2 Les damos la bienvenida al Curso de Ingreso 2019. Somos conscientes de que ingresar a la Universidad y comenzar a estudiar una carrera es un paso trascendental en sus vidas y un reto que seguramente los ilusiona y también inquieta. Es una hermosa etapa y experiencia que esperamos puedan disfrutar. Nunca duden en pedir ayuda, cuentan con nuestro apoyo, el de sus compañeros y sus docentes. Equipo Coordinador del Curso de Ingreso Espacio Pedagógico. Dirección de Gestión Educativa Secretaría Académica. Facultad de Ciencias Exactas Este Curso de Ingreso está dirigido a los estudiantes inscriptos en las carreras de la Facultad de Ciencias Exactas y en las carreras de Profesorado en Matemática, Física y Química de la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación. ¿Qué ofrecemos a los estudiantes con este curso? Información y recursos que los ayuden a desenvolverse en el ámbito universitario, incluyendo aspectos académicos y extra-académicos. El desarrollo de una serie de contenidos que articulen parte de lo aprendido en la escuela secundaria con las demandas de las primeras materias. Oportunidades de autoevaluación para tomar consciencia acerca de cuáles son para cada uno de ustedes, los aspectos fuertes que debieran potenciar y los aspectos débiles que deberemos ajustar. Actividades para promover la formación de grupos de estudio que ayuden al desarrollo de actitudes de colaboración necesarias para iniciar su recorrido en la universidad. Contenidos y actividades. Desarrollaremos 7 unidades con contenidos teóricos y prácticos de matemática y química, y una serie de actividades que esperamos les ayuden a transitar los próximos cambios académicos, sociales, culturales y personales. Requisitos y condiciones de aprobación del curso. Para aprobar el curso se requiere asistir al menos al 80% de las clases, lo que equivale a un máximo de 4 inasistencias. También es obligatorio concurrir a la evaluación final y a la devolución de los resultados de los exámenes que se realizarán los días jueves28 de febrero y viernes 1 de marzo. Para quienes no cumplan con algunas de las condiciones descritas anteriormente, por motivos debidamente justificados, se establecerán alternativas para garantizar la posibilidad de ingreso. Si tienen necesidad de comunicarse a distancia con docentes o compañeros, de pedir u ofrecer información, les ofrecemos las siguientes opciones: ingresoexactas@gmail.com Grupo de Facebook Curso de Ingreso 2019. Facultad de Ciencias Exactas 3 Unidad de atención ante situaciones de violencia y/o discriminación http://www.exactas.unlp.edu.ar/unidad_de_atencion_ante_violencia_y_o_discriminacion Secretaría de Asuntos Estudiantiles – SAE http://www.exactas.unlp.edu.ar/secretaria_de_asuntos_estudiantiles https://www.facebook.com/asuntosestudiantilesexactas/ Comisión de Ciencias Exactas sobre Discapacidad – CCED http://www.exactas.unlp.edu.ar/cced https://www.facebook.com/CCED-UNLP-734168996608466/ Blog del Curso de Ingreso. https://blogs.unlp.edu.ar/ingresoexactas Información sobre el curso de ingreso, listas, aulas, becas, etc. Portal del Espacio Pedagógico. www.exactas.unlp.edu.ar/espacio_pedagogico Artículos sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias, recursos, videos, boletín de noticias, agenda de eventos, etc. Información sobre las materias de las carreras, los docentes, las aulas, las actividades de investigación y extensión. Química www.quimica.unlp.edu.ar Ciencias Biológicas www.biol.unlp.edu.ar Matemática www.mate.unlp.edu.ar Física www.fisica.unlp.edu.ar Web de la Facultad de Ciencias Exactas www.exactas.unlp.edu.ar Noticias de la Facultad, calendario académico, reglamentos, cursos, información sobre las carreras, información sobre las actividades de extensión e investigación. Facultad de Ciencias Exactas - UNLP 4 COMIENZO DEL CURSO. CHARLA INAUGURAL El primer día del curso los esperamos en el Aula Magna de Química, en los siguientes horarios de acuerdo al turno asignado. Turno mañana: 8.00 horas. Comisiones M1 a M10 Turno tarde: 12.30 horas. Comisiones T1 a T8 Turno vespertino: 17.00 horas. Comisiones V1 a V6 Todas las aulas para el curso de ingreso se encuentran en el Edificio Abuelas de Plaza de Mayo. Turno Mañana Turno Tarde Turno Vespertino Comisión M1 Aula 101 Comisión T1 Aula 101 Comisión V1 Aula 101 Comisión M2 Aula Beta Comisión T2 Aula NR Comisión V2 Aula NQ Comisión M3 Aula NK Comisión T3 Aula NK Comisión V3 Aula NG Comisión M4 Aula Alfa Comisión T4 Aula NQ Comisión V4 Aula NS Comisión M5 Aula NH Comisión T5 Aula NH Comisión V5 Aula NH Comisión M6 Aula NS Comisión T6 Aula NS Comisión V6 Aula NR Comisión M7 Aula NG Comisión T7 Aula NG Comisión M8 Aula NJ Comisión T8 Aula NJ Comisión M9 Aula NR Comisión M10 Aula NQ 5 ÍNDICE DE UNIDADES Y ACTIVIDADES Unidad I. Funciones numéricas 9 Actividad 1. Crecimiento de un retoño 9 Actividad 2. Yendo a la escuela 10 Actividad 3. Pablo y Susana 11 Actividad 4. Decaimiento radiactivo 12 Actividad 5. Poblaciones de bacterias 13 Actividad 6. Vasos 14 Actividad 7. Funciones numéricas 16 Actividad 8. Funciones exponenciales 18 Actividad 9. Tiro vertical 19 Actividad 10. Ascensor 20 Actividad 11. Armando una caja de cartón 21 Unidad II. Materia 22 Actividad 1. La materia por dentro 23 Actividad 2. Átomos 23 Actividad 3. Isótopos 24 Actividad 4. Para elaborar en grupo 25 Actividad 5. Átomo. Choque de titanes 25 Actividad 6. Sistemas materiales 25 Actividad 7. Receta para construir un planeta… 26 Actividad 8. Estados de agregación 27 Actividad 9. Tabla periódica de los elementos 28 Actividad 10. Síntesis de la unidad 31 Unidad III. Ecuaciones y trabajo algebraico 32 Actividad 1. Ecuaciones lineales 32 Actividad 2. Ecuaciones cuadráticas 33 Actividad 3. Completación de cuadrados 34 Actividad 4. Expansión y reducción de expresiones… 35 Actividad 5. Conjuntos numéricos 36 Actividad 6. Desigualdades lineales 38 Actividad 7. Desigualdades cuadráticas 39 Unidad IV. Números y magnitudes 41 Actividad 1. Notación científica 42 Actividad 2. Tamaños 43 Actividad 3. Midiendo la resma 44 Actividad 4. Grandes valores 44 Actividad 5. Glóbulos rojos y blancos 44 Actividad 6. Masa atómica 45 Actividad 7. Número de Avogadro – Mol 46 Unidad V. Trigonometría y rectas del plano 47 Actividad 1. Medición de ángulos en grados… 47 Actividad 2. Teorema de Pitágoras 49 Actividad 3. Funciones trigonométricas 50 Actividad 4. Resolución de problema… 52 Actividad 5. Rectas en el plano…. 53 Actividad 6. Rectas en el plano… 54 Actividad 7. Ecuación de una recta en el plano 55 Actividad 8. Rectas paralelas y perpendiculares 57 Unidad VI. Sustancias químicas 58 Actividad 1. Enlaces químicos 58 Actividad 2. Fórmulas químicas 60 Actividad 3. Cantidades químicas. Masa y cantidad… 61 Actividad 4. Cantidades químicas 61 Actividad 5. Cierre de la unidad 62 Unidad VII. Lógica proposicional 63 Actividad 1. Proposiciones 64 Actividad 2. Símbolos 64 Actividad 3. Negación 65 Actividad 4. Condicional 66 Actividad 5. Combinaciones simbólicas 67 Actividad 6. Tablas de verdad 67 Unidad VIII. Introducción a la nomenclatura 70 Actividad 1. Estados de oxidación 70 Actividad 2. Óxidos 72 Actividad 3. Hidróxidos 74 Actividad 4. Compuestos binarios del Hidrógeno 74 Actividad 5. Ácidos 75 Actividad 6. Aniones derivadosde ácidos 76 Actividad 7. Sales 77 6 ANEXO: EL ENIGMA DEL EDIFICIO Cuando ocurre el incidente, Marcelo ha comenzado a fastidiarse de su enfermedad que comenzó a los pocos días de haberse mudado a este nuevo barrio. De un edificio de dos plantas, blanco y rectangular, ve salir gente corriendo en todas direcciones, algunos haciendo señas, otros guareciéndose en las casas vecinas. Al cabo de unos minutos oye sirenas de varios coches que parecen ser de la policía y más tarde ve un camión de bomberos. Todo hace presumir algún accidente, aunque desde su ventana Marcelo no distingue fuego ni nada semejante. El único humo es el de la chimenea de forma extraña, situada cerca de dos grandes antenas parabólicas. Aunque los edificios vecinos le impiden observar lo que ocurre en los alrededores, una hora más tarde todo ha vuelto a la normalidad, a juzgar por los movimientos más tranquilos de la gente. Secretamente, Marcelo se propone averiguar qué es ese edificio. El desafío es, al fin y al cabo, una forma divertida de soportar el obligado encierro. Decide que todo deberá ser descubierto exclusivamente por lo que observe a través de su ventana, por lo que evitará hablar sobre el tema. Esa noche organiza una serie de actividades para el día siguiente, incluyendo observaciones regulares a horas determinadas. En eso está cuando acaba por dormirse. Al día siguiente, a primera hora, presencia la llegada de unas 20 personas, al rato ve que se retira un grupo más pequeño. Le parece que casi todos llevan una camisa celeste, aunque no puede asegurarlo por la distancia que lo separa de ellos. De la chimenea próxima a las antenas continúa saliendo un pequeño hilo de humo. Frente al edificio, distingue un cartel casi totalmente oculto donde sólo alcanza a leer una letra C, que parece ser la primera letra de una palabra. Media hora después comienza un continuo ir y venir de personas, generalmente llevando bultos de diversos tamaños. Algunos llegan con un bulto pero se marchan sin él; con otros sucede al revés. Hay un hombre con bastón acompañado por un perro y varios camiones que descargan bultos de formas regulares. Al mediodía llega un hombre con un niño en sus brazos, éste se mueve grotescamente cuando es abandonado en el suelo. El tercer día no advierte nada nuevo excepto el grupo de gente que llega a primera hora, así que comienza a perder interés por su labor detectivesca. Sin embargo, al cuarto día ocurre algo notable. Un grupo de personas, que calcula serán cerca de un centenar, se agolpa con carteles frente al edificio. En uno de los carteles distingue, no sin esfuerzo, la palabra “Basta”. El quinto día se levanta temprano, desea observar la llegada del grupo habitual que de acuerdo con los datos anteriores debe ocurrir a una hora que él conoce. Y, en efecto, sucede tal cual lo previsto. Más tarde, comienza el constante movimiento de gente con bultos. Por la noche observa las luces del edificio a través de su puesto de observación. Las ventanas se van iluminando progresivamente, a medida que se enciende la luz de una ventana, la anterior se apaga. Finalizada la operación en las dos plantas del edificio, sólo queda iluminada una habitación de la planta baja. Intenta distinguir qué hay dentro, pero se lo impide la luz de un farol exterior, situado sobre la ventana. Al día siguiente no observa ninguna actividad salvo la entrada y salida de pequeños grupos de personas. A la noche repite la observación de las luces y comprueba que siguen el mismo esquema del día anterior, por lo que supone que se trata de una práctica habitual. A la mañana siguiente alrededor de 15 obreros empiezan a alambrar el terreno que circunda al edificio. Después del mediodía sucede algo sorprendente, un grupo de 4 hombres, aparentemente armados, rodean el edificio y luego entran en él. Dos horas más tarde, se marchan en una furgoneta. ¿Qué será ese edificio? MARCELO CONSIGUE UN PAR DE PRISMÁTICOS El panorama es muy diferente a través de los prismáticos. Lo que antes parecían camisas, son nítidamente delantales. Advierte la llegada de varios albañiles que comienzan a reparar una de las paredes del edificio, algo deteriorada. Por la tarde se produce una ruidosa visita: un ómnibus lleno de chicos. Llevan delantales de diferentes colores, por lo que infiere que se trata de alumnos de un jardín de infantes. Los cuenta, son 23, van acompañados de una mujer y de un hombre de aspecto desagradable. Están dos horas dentro del edificio. Salen corriendo y el hombre los hace subir al ómnibus. Esta vez cuenta 22 chicos, pero no está seguro de no haberse equivocado debido a la confusión de la salida. No puede contar nuevamente y eso lo inquieta. Si verdaderamente hubiera habido un chico menos, habría tenido un dato revelador. Esa noche apenas duerme pensando en lo ocurrido. Al día siguiente distingue 5 personas que bajan de una camioneta un enorme recipiente lleno de un líquido que debe ser muy peligroso por el cuidado con que se 7 mueven los hombres. Más tarde llegan otros camiones que dejan unos paquetes que parecen ser de corcho o telgopor, pues pese a su tamaño son transportados sin dificultad. Estudiando el movimiento de los albañiles, Marcelo ha podido predecir el día en que un andamio móvil que utilizaban, ocultará el farol que le impide ver el interior de la habitación iluminada por la noche. Anota en su registro el instante previsto. En los días siguientes no sucede gran cosa. Una tarde regresan los hombres armados. Puede distinguir ahora que sus armas son extrañas, parecen rifles, pero poseen una manguera conectada a un tanque pequeño, le recuerdan las de un comic de ciencia ficción. Además observando cuidadosamente, descubre que los hombres llevan máscaras. Consulta sus registros de los días anteriores y comprueba que ha pasado exactamente una semana desde su anterior aparición. Otro día al regresar a su cama desde la cocina, ve un coche negro. Una de las puertas se mantiene abierta por un chofer de vistoso uniforme. Marcelo imagina la llegada de un personaje importante y echa pestes por el día caluroso y el vaso de agua que lo separaron de su trabajo de investigación. Poco después sube al coche una anciana y éste parte velozmente. Por la tarde es testigo de un sensacional incidente. Uno de los albañiles que está trabajando sobre el andamio, comienza a hacer gestos desesperadamente. En la penumbra de la ventana, distingue a alguien que agita violentamente una soga del andamio. El albañil tiene tiempo de descender y al llegar a tierra manifiesta con grandes gestos su enojo frente a los compañeros. A última hora repara en un detalle que no había notado hasta aquí. De vez en cuando, hay personas que salen del edificio y se alejan hacia la izquierda con recipientes, pero regresan sin ellos. Del mismo modo, reconoce a algunos de salen sin nada pero vuelven con algo en sus manos. Esto le hace suponer la existencia de una construcción cercana hacia donde se dirige esa gente, aunque él no logre verla por las edificaciones que se interponen. Ese día, por otra parte, se produce lo que Marcelo ya había previsto: por la noche, como la farola queda oculta por el andamio, puede divisar un hombre con uniforme gris en el único cuarto iluminado del edificio. ¿Qué será ese edificio? A MARCELO LE PRESTAN UN TELESCOPIO La primera visión que obtiene, apenas montado el telescopio, es la llegada de los camiones. Los paquetes que parecían de corcho son fardos de hierba seca. La chimenea continua despidiendo su hilo de humo y el movimiento de las personas es el acostumbrado. A media mañana aparece otra vez el recipiente enorme con líquido que cargan en una furgoneta amarilla. Marcelo intenta obtener algún dato sobre el líquido que transportan, para poder identificarlo. Con gran sorpresa, mientras analiza detenidamente la superficie del líquido, descubre en él algo que parece una aleta. Los nuevos datos son registrados y examinados duranteel almuerzo. A la hora de la siesta, ya intuye el resultado de su investigación. En ese instante regresa el coche negro del cual desciende nuevamente la anciana. Al salir del edificio lleva un perro entre sus brazos, apretándolo contra su pecho. El perro tiene una pata enyesada. Sube al coche y se marcha velozmente. Marcelo sonríe satisfecho. No podría afirmar qué es exactamente el edificio, pues para ello debería continuar con sus observaciones. No obstante considera que la idea que tiene es bastante precisa. Se propone, ni bien el médico se lo permita, ir personalmente a buscar más información. 8 Unidad I: Funciones numéricas. Actividad 1. Crecimiento de un retoño. Un estudiante colocó semillas en un recipiente, las cubrió con una ligera capa de tierra y las humedeció con regularidad. A los diez días brotaron los retoños y desde ese momento empezó a medir cuidadosamente la altura (en centímetros) a lo largo de los días. Los datos que reunió se muestran en la siguiente tabla: Tiempo (en días) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Altura (en centímetros) 0,3 1,8 3,75 10 17,5 25 27,5 28,75 30 30 31,25 1. En forma individual, cada uno de los miembros del grupo realice un boceto en su cuaderno que represente la información de la tabla anterior. Escriban un párrafo que describa cómo varía la altura de la planta a medida que pasan los días. 2. Al terminar, compartan las representaciones realizadas y discutan las diferencias e igualdades. 3. Completen entre todos la siguiente tabla con la variación de la altura entre dos valores consecutivos de la altura. Tiempo (en días) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Altura 0,3 1,8 3,75 10 17,5 25 27,5 28,75 30 30 31,25 Variación: 4. ¿Por medio de qué operación calcularon la variación? 5. Nuevamente, en forma individual, cada uno de los miembros del grupo realice un boceto que represente “la variación de la altura de la planta” a medida que pasan los días. Al terminar, comparen las representaciones y discutan las diferencias y similitudes. 9 Actividad 2. Yendo a la escuela. Diego, Susana, Pablo, María y Gabriela van a la escuela por la misma carretera todas las mañanas. Gabriela va en el auto con su padre, Diego en bicicleta y Pablo caminando. Los otros dos van a la escuela cada día de una manera diferente. En el siguiente croquis se muestra dónde vive cada uno de ellos. En la siguiente gráfica se describe el viaje a la escuela de cada uno el primer día de clases. 1. Marquen cada punto de la gráfica con el nombre de la persona a la que representa. 2. ¿Cómo viajaron Susana y María ese día? 3. Describan cómo han llegado a la respuesta del inciso anterior. 6 4 2 15 30 Tiempo empleado en el viaje (en minutos) Lo ng itu d de l v ia je a la e sc ue la (e n ki ló m et ro s) 10 Actividad 3. Pablo y Susana. Pablo y Susana son hermanos. La siguiente gráfica compara cómo ha variado el peso de cada uno de ellos en sus primeros años. Comparen las dos gráficas escribiendo todo lo que consideren importante. Luego respondan las siguientes preguntas: 1. ¿Cuánto aumentó de peso cada uno entre los 11 y los 18 años? 2. ¿Cuándo fue mayor el peso de Pablo que el de Susana? Escriban detalladamente cómo lo saben. 3. ¿Cuándo tuvieron Pablo y Susana el mismo peso? a. ¿Cuáles fueron los pesos de coincidencia? b. ¿En qué puntos se cruzan las gráficas? 4. ¿Cuándo engordaba Susana más rápidamente? ¿Cuándo engordaba Pablo más rápidamente? 5. ¿Quién crecía más rápidamente a los 14 años? 6. Susana nació el 29 de febrero de 1992, ¿en qué año alcanzó los 55 kilos? 0 10 Edad en años Pe so e n ki lo gr am os 5 15 20 10 80 20 30 40 50 60 70 Pablo Susana 11 Actividad 4. Decaimiento radiactivo. Se suele usar el Carbono-14 (carbono radioactivo) para determinar la “edad” de los objetos antiguos (como huesos, muebles, tablas) porque se encuentra presente en los sistemas orgánicos vivos. Mientras un organismo está vivo, intercambia constantemente sus átomos de carbono con el ambiente, y la proporción de Carbono 14 y Carbono 12 (isótopo estable del elemento carbono) es la misma que en la atmósfera. Cuando el organismo muere el decaimiento radiactivo del Carbono 14 hace que la relación relativa respecto al Carbono 12 vaya decayendo. La siguiente gráfica ilustra cómo disminuye la cantidad de Carbono 14 en un objeto. La representación gráfica es así porque la velocidad con la que se desintegra un material radiactivo es proporcional a la cantidad de material. La unidad que se utiliza para medir la cantidad de Carbono 14 se denomina [𝑑𝑚𝑔]: “desintegraciones por minuto por gramo de carbón”. 1. Si tuviéramos dos muestras de madera, una recogida de un árbol recientemente y la otra recogida de una muestra de carbón de leña hallado en Stonehenge y que tiene 4000 años. a. ¿Cuánto Carbono 14 contiene cada muestra? Responder en [𝑑𝑚𝑔]. b. ¿Cuánto tardará la cantidad de Carbono 14 de cada muestra en reducirse a la mitad? 2. Se encontró carbón vegetal en las cuevas de Lascaux en Francia con una cantidad de 2,34 [𝑑𝑚𝑔]. Estimen la edad del carbón y den una fecha aproximada para las pinturas encontradas en la cueva. 3. Los datos y las respuestas anteriores deben considerarse valores aproximados; no exactos ni exentos de errores ¿Qué factores pueden influir en la exactitud en la determinación de la edad de los objetos? 0 1 2 4 6 8 10 12 14 16 Antigüedad del objeto (en miles de años) = 𝑡 Ca nt id ad d e ca rb on o 14 e n el o bj et o (e n 𝑑 𝑚 𝑔 ) 3 5 7 9 11 13 15 17 5 10 15 12 Actividad 5. Poblaciones de bacterias. En la gráfica siguiente se presentan las curvas que describen la evolución a lo largo de los días de dos poblaciones de bacterias que se encuentran en un recipiente con agua. Una de las poblaciones actúa como presa y la otra de las poblaciones como predador. “…A medida que crece la población de presas, los predadores responden localmente de dos maneras. Primero, cada predador incrementa potencialmente su tasa de consumo de presa (respuesta funcional de los predadores). En segundo lugar, con más cantidad de alimento, los predadores tienen más energía y nutrientes para la reproducción, y consecuentemente se produce un mayor número de predadores (respuesta numérica de los predadores). La respuesta funcional es más inmediata mientras que la respuesta numérica requiere un tiempo para surtir efecto; este tiempo depende de los tiempos entre generaciones del predador…”1 1. Identifiquen en la gráfica qué curva corresponde a la población de predadores y qué curva corresponde a la población de presas. Para tomar alguna decisión será necesario analizar minuciosamente la información del párrafo anterior. Allí hay algunas pistas que pueden usarse como argumentos a favor de la decisión que tomen. Expliquen claramente el motivo de la elección. Indiquen en el gráfico los elementos que utilizaron y les ayudaron para llegar a la respuesta relacionándolos con los fragmentos del texto. 1 Extracto traducido de “An illustrated guide to theoretical ecology”, Ted Case. Oxford University Press. 2000 8 10 12 14 16 200 150 100 50 0 Días N úm er o de in di vi du os e n 0, 2 g de a gu a 13 Actividad 6. Vasos. Para calibrar un vaso que pueda utilizarse para medir el volumen de los líquidos es necesario saber de qué manera la altura del líquido depende del volumen que hay dentro: la altura del líquido en el vaso aumentará a medida que caen las gotas desde la canilla. En cada caso intenten redactar una explicación para la respuesta de las consignas. 1. En la gráfica de la derecha se muestra una representación de la situación anterior correspondiente al vaso 𝑉. Representen en el mismo gráfico cómo sería correcto representarla relación altura- volumen para los vasos 𝐴 y 𝐵. Vaso 𝑉 Vaso 𝐴 Vaso 𝐵 2. Lo mismo para los vasos 𝐶 y 𝐷. Vaso 𝑉 Vaso 𝐶 Vaso 𝐷 3. Y dos gráficas más para los vasos 𝐸 y 𝐹. Vaso 𝑉 Vaso 𝐸 Vaso 𝐹 volumen al tu ra 𝑉 volumen al tu ra 𝑉 volumen al tu ra 𝑉 14 4. Aquí hay 6 frascos y 9 gráficas. Elijan la gráfica correcta para cada frasco. En cada caso, escriban una justificación adecuada para la elección. Dibujen cómo deberían ser los frascos para las 3 gráficas que sobran. Tarro de tinta Frasco cónico Frasco evaporizador Balde Vaso Embudo taponado volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra volumen al tu ra 15 Actividad 7. Funciones numéricas. 1. Lean atentamente el siguiente texto en el grupo y luego realicen las tareas que se indican. Remarquen todas las palabras que no conozcan. En las actividades anteriores no hizo falta usar fórmulas ni hacer cálculos porque utilizamos las funciones desde sus representaciones gráficas, en tablas o con palabras. En las siguientes actividades comenzaremos a desarrollar una notación que habitualmente se denomina representación analítica. Por ejemplo, cuando arrojamos una piedra en un estanque con agua se generan ondas circulares. Podemos determinar aproximadamente el área encerrada por cada onda conociendo el “radio” correspondiente según la fórmula: Á𝑟𝑒𝑎 = 𝜋 . 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 Decimos que el “área” está en función del “radio” y escribimos 𝐴(𝑟) = 𝜋. 𝑟 donde hemos elegido a la letra “𝐴" para indicar el área encerrada por la onda; la letra “𝑟” para indicar el radio de la onda y la letra “𝜋” para indicar al número que tiene un valor redondeado de 3,1416. Tenemos una expresión que nos permite operar matemáticamente por lo que se considera una descripción analítica. Para cada valor de “𝑟” vamos a obtener un valor de 𝐴 . Es decir, la representación analítica de las funciones involucra lo que a veces lleva a que se use la analogía de las funciones como máquinas porque necesitan una materia prima inicial para operar sobre ella y elaborar un producto mediante sus mecanismos y engranajes internos. La cantidad “𝑟” (que actúa como materia prima) se denomina variable independiente. La cantidad “𝐴” (que actúa como producto final) se denomina variable dependiente. Armamos la siguiente tabla asignando distintos valores “𝑟” y “calculando” el correspondiente valor del área "A" . Consideraremos al radio medido en metros y al área medida en metros cuadrados (truncamos los valores al cuarto decimal). 𝑟 [𝑚] 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝒊𝒏𝒅𝒆𝒑𝒆𝒏𝒅𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝐴(𝑟) [𝑚 ] 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝒅𝒆𝒑𝒆𝒏𝒅𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 0,3 𝐴(0,3) = 0,2827 0,6 𝐴(0,6) = ______________ 0,9 𝐴(0,9) = _____________ 1,2 𝐴(1,2) = _____________ 1,5 𝐴(1,5) = _____________ 1,8 𝐴(1,8) = _____________ 2,1 𝐴(2,1) = _____________ 𝑟 𝐴(𝑟) Analogía entre una máquina y una función. Algunas máquinas necesitan que se les introduzca una materia prima, que al operar mediante su manija, se procesa sacando un producto. 16 Construimos la gráfica de la función ubicando los puntos con sus coordenadas en cada eje cartesiano. En el eje horizontal para ubicar las cantidades asociadas a las longitudes, en metros, de los radios de las circunferencias, y en el eje vertical ubicamos los valores de las áreas, en metros cuadrados, de los círculos. Generalmente se utiliza En resumen: hasta aquí hemos visto que existen al menos cuatro maneras de representar a las funciones Representación con palabras. Representación analítica. Representación por tabla Representación mediante gráficas. Cualquiera de las representaciones elegidas -siempre que no se explicite que deba usarse una de ellas- sirve para describir una función. La representación analítica (por contener una descripción operacional) es generalmente la más utilizada. Todo esto está incorporado de una manera u otra en las visiones que cada uno de nosotros tiene al trabajar con funciones. 2. ¿A qué se llama descripción operacional? 3. Completen la tabla y la gráfica anteriores. 4. ¿Tiene sentido calcular los valores 𝐴(0) o 𝐴(−1)? 5. Completen la siguiente tabla; la última fila les servirá de ejemplo. Variable independiente Variable dependiente Representación por palabras Representación por tabla Representación analítica Representación por gráfica Actividad 1 Actividad 2 Actividad 3 Actividad 4 Actividad 5 Actividad 6 Actividad 7 Radio de los círculos Área de los círculos X X X X 0,6 0,4 0,2 1 2 Radios de los círculos (en metros) Ár ea d e lo s cí rc ul os (e n m et ro s cu ad ra do s) 17 Actividad 8. Funciones exponenciales. Algunas veces los médicos prescriben “fármacos hipnóticos” a pacientes que no puede dormir a causa de algún dolor físico o tensión emocional. Hay muchos tipos de fármacos que pueden ser prescriptos. Un requisito importante es que su efecto desaparezca antes de la mañana siguiente; de lo contrario el paciente se encontrará soñoliento durante todo el día siguiente. Esto podría ser peligroso si, por ejemplo, tiene que conducir. Para una persona en reposo en la cama de un hospital esto no sería importante. Consideren que un médico ha prescripto un fármaco llamado Triazolam. Después de tomar algunas pastillas, el fármaco alcanza un nivel de 4 𝜇𝑔/𝑙 en el plasma sanguíneo. ¿Con qué rapidez desaparece el fármaco? En la siguiente tabla se muestra la información para el fármaco indicado y para otros fármacos usuales. Nombre del fármaco Fórmula aproximada Triazolam 𝑦(𝑥) = 𝐴 × (0,84) Nitrazepam 𝑦(𝑥) = 𝐴 × (0,97) Pentobombitone 𝑦(𝑥) = 𝐴 × (1,15) Methohexitone 𝑦(𝑥) = 𝐴 × (0,5) Claves: 𝐴 = 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑠 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 𝑦 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑠𝑎𝑛𝑔𝑟𝑒 𝑥 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙 𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 𝑙𝑙𝑒𝑔𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑛𝑔𝑟𝑒 Para el Triazolam, la fórmula es 𝑦 = 𝐴 × (0,84) . De acuerdo a nuestro problema la dosis inicial es 4 𝜇𝑔/𝑙, por lo tanto será 𝑦 = 4 × (0,84) . 1. Completen la tabla con los valores faltantes: 𝑥 (tiempo medido en horas) 𝑦 (cantidad de fármaco en sangre) 0 4 1 𝑦(1) = 4 × 0,84 = 3,36 2 3 4 5 2. ¿Cuál de las siguientes gráficas describen mejor los datos anteriores? Expliquen cómo es posible decidirlo sin marcar los puntos. 𝑥 𝑦 𝑥 𝑦 𝑥 𝑦 18 Actividad 9. Tiro vertical. Marcela arrojó una pelota hacia arriba con una velocidad 32 𝑚/𝑠. 1. Escriban un párrafo para describir la trayectoria de la pelota que arroja Marcela. Puede ser útil primero hacer una simulación con tus compañeros y hacer un esquema gráfico de Marcela dibujando la situación. Si consideramos medir el tiempo t en segundos y la altura de la pelota y en metros , la siguiente fórmula permite describir la situación calculando la altura de la pelota en función del tiempo. 𝑦(𝑡) = 1,1 + 32 × 𝑡 − 𝑔 × 𝑡 2 (𝑔 es una constante, denominada aceleración de la gravedad y tiene un valor aproximado de 9,8 𝑚/𝑠 ) 1. Realicen una tabla de valores y luego una gráfica para la función 𝑦(𝑡). La precisión y exactitud de la gráfica será mejor cuanto más valores de 𝑡 se utilicen para su armado. Intenten responder a las siguientes preguntas solamente utilizando la gráfica elaborada. Seguramente para tener mayor certeza en la respuesta será necesario completar la tabla de valores y la gráfica incorporando más puntos. a. ¿Cuál es el intervalode tiempo en que la pelota permanece en el aire? b. ¿Cuál es el intervalo de variación de la altura de la pelota? c. ¿Al cabo de cuánto tiempo regresará la pelota a la mano? d. ¿Cuál es la altura máxima que alcanza la pelota? 19 Actividad 10. Ascensor. El ascensor de un edificio de 5 pisos y 2 subsuelos tarda 6 segundos (es un poco lento) en desplazarse de un piso a otro. Si no se lo llama entonces espera en el último piso en que se detuvo hasta ser llamado. Si al llegar a un piso tiene una llamada en espera, entonces sólo espera en ese piso por 3 segundos. 1. En el siguiente gráfico se representan posibles comportamientos de nuestro ascensor. Para cada trazo, escriban un texto que explique lo que podría estar pasándole al ascensor. 2. Hay algunas gráficas que no son válidas porque no respetan las características mencionadas del comportamiento del ascensor. Detecten cuáles de las gráficas no son válidas explicando cuál es su comportamiento inválido. 3. ¿Cuál de los recorridos válidos es el más corto de todos? 4. En otra figura representen el comportamiento de nuestro ascensor que mejor se adapte a la siguiente situación: “…Estacioné el auto en el último subsuelo y desde allí subí a saludar al portero en planta baja, pero no estaba. Por suerte el ascensor me estaba esperando. Luego fui a visitar a Juan, el del tercero; estuve unos minutos charlando y de allí bajé a mi departamento; en esta oportunidad tuve que esperar un rato el ascensor que bajó desde el quinto. En total recorrí 6 pisos…” 5. ¿Cuál es la variable independiente? ¿Cuál es la variable dependiente? 5 4 3 2 1 -1 -2 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 segundos piso 20 Actividad 11. Armando una caja de cartón. Para armar una caja de cartón utilizaremos una lámina cuadrada de 2 metros por lado y le cortaremos en cada esquina un pequeño cuadrado cuyos lados midan una longitud 𝑥. 1. Dependiendo la longitud 𝑥, usaremos una cantidad distinta de metros cuadrados del cartón y también podrá cambiar el volumen de la caja que construyamos. En cada caso siguiente, encuentren la forma analítica que se pide: a. El volumen de la caja en función de la longitud del lado del cuadrado extraído. b. Los 𝑚 de cartón utilizados para la caja en función de la longitud del lado del cuadrado extraído. 2. Realicen una gráfica para el volumen según el punto anterior. 3. ¿Qué dimensiones tendrá la caja de volumen máximo que se puede armar con este esquema? ¿Qué cantidad de material se utiliza? Recuerden realizar la gráfica con la mejor exactitud posible para poder tener mayor certeza en estas respuestas. 4. ¿Cuál es la variable independiente? ¿Cuál o cuáles son las variables dependientes? 21 Unidad II: Materia. “Si en algún cataclismo fuera destruido todo el conocimiento científico que poseemos y solamente pudiera pasar una frase a la generación siguiente de criaturas, ¿cuál enunciado contendría el máximo de información en el mínimo de palabras?” “Yo creo que es la hipótesis atómica (o el hecho atómico, o como quieran llamarlo). Todas las cosas están formadas por átomos –pequeñas partículas que se mueven con movimiento perpetuo, atrayéndose unas a otras cuando están separadas por una pequeña distancia, pero repeliéndose cuando se las trata de apretar una contra otra.” Richard Feynman La materia es todo lo que nos rodea, nosotros mismos somos materia. Resulta comprensible que desde hace siglos la humanidad se haya interesado en desentrañar sus secretos; saber de qué está hecha y cómo se comporta ha sido una cuestión de gran interés entre filósofos y científicos. La ciencia que se ocupa del estudio de la materia, su composición, sus propiedades y sus cambios es la Química. Desde la antigüedad, los humanos se han beneficiado de los cambios en la materia que hoy conocemos como reacciones químicas o cambios químicos. El comienzo del dominio de la química es el dominio del fuego, conseguido hace más de 500.000 años, en tiempos del Homo erectus. El procesamiento de minerales para producir metales con fines ornamentales o para fabricar herramientas, y el uso de líquidos para embalsamar son dos aplicaciones de la química que se remontan a 1000 años a.C. Los griegos fueron los primeros en intentar explicar por qué se producían los cambios químicos. Aproximadamente en 450 a.C., Empédocles propuso que toda la materia estaba compuesta de cuatro sustancias fundamentales: fuego, tierra, agua y aire. En el mismo siglo, Leucipo y Demócrito propusieron que la materia estaba formada por partículas indivisibles que llamaron átomos, y que las propiedades de la materia estaban determinadas por los movimientos y las formas de esos átomos; se constituyeron así en los primeros atomistas. Los siguientes 2000 años estuvieron dominados por la alquimia. Los alquimistas eran místicos o aficionados obsesionados con la idea de transformar metales baratos en oro. Sin embargo, en ese periodo ocurrieron descubrimientos importantes como los del mercurio y el azufre, o el método para preparar ácidos. Se considera que los principios básicos de la química se recogen por primera vez en la obra del científico británico Robert Boyle, en 1661, aunque la química como tal es impulsada un siglo más tarde por los trabajos de Antoine Lavoisier y sus descubrimientos del oxígeno, la ley de conservación de masa y la refutación de la teoría del flogisto como teoría de la combustión. En esa época hubo una relación intensa entre las cocinas y los primeros laboratorios hasta el punto de que la pólvora negra fue descubierta por unos cocineros chinos. En el siglo XIX la química estaba dividida entre los seguidores y los detractores de la teoría atómica de John Dalton. Albert Einstein puso fin a la disputa en 1905 con la observación del movimiento browniano. El siglo XX fue el del desarrollo de la hipótesis atómica y los modelos atómicos. En la actualidad el estudio de la estructura del átomo se considera una rama de la física y no de la química. 22 Actividad 1. La materia por dentro. 1. Imaginemos la siguiente situación: ¿podríamos dividir una tiza en porciones cada vez más pequeñas?, ¿podremos hacerlo infinitamente?, ¿los fragmentos seguirán siendo tiza? Representen esta idea en un dibujo o esquema pensando que pueden ver cosas tan pequeñas como quieran. Comparen dentro del grupo los dibujos y tomen nota de los acuerdos y desacuerdos alcanzados. Luego pondremos en común las elaboraciones de los distintos grupos. 2. Ahora imaginemos que en lugar de tiza tenemos oxígeno gaseoso (que representamos como O2) encerrado en un recipiente, y permitimos que se escape lentamente por un orificio. ¿Cuál será, en este caso, la porción más pequeña de oxígeno que puede permanecer en el recipiente antes de que se vacíe por completo? ¿De qué está formada? 3. Repitamos los ejercicios anteriores con una gota de agua como objeto de estudio. ¿Qué encontraremos si la fraccionamos con la restricción de que nunca deje de ser agua? ¿y si seguimos dividiendo un poco más? Modelo atómico de Dalton En 1808 Dalton formuló la teoría atómica, que introduce la idea de la discontinuidad de la materia. Propone que la materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables llamadas átomos. Los átomos son partículas muy pequeñas y no se pueden ver a simple vista. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, con igual masa e iguales propiedades. Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades. Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí en una relación constante y sencilla. En las reacciones químicas, los átomos se separan o se unen, pero ningún átomo se crea ni se destruye, y ningún átomo de un elemento se convierte en átomo de otro elemento. Actividad 2. Átomos. Posiblemente a esta altura estarán hablando de átomos y moléculas. Antes de dar una definición formal de estos dos conceptos tanimportantes vamos a ver un documental que muestra de manera sencilla varios aspectos de la estructura y el comportamiento de los átomos, y nos introduce en el fascinante campo de la física nuclear y la física de partículas. La observación atenta de la película les servirá para poder entender y resolver las actividades que vienen luego. Van a ver que la mayor parte son temas que ya estudiaron antes. Trabajaremos con los primeros 33 minutos del documental (que tiene una duración total de 60 minutos); el resto, si lo desean, pueden verlo en sus casas: https://vimeo.com/18114538 Observemos el video prestando especial atención a: ● toda información relacionada con la estructura de los átomos, como las menciones sobre partículas, cargas, masas o tamaños. ● datos sobre los distintos tipos de átomos que existen. ● cómo se mantienen unidas las partículas que conforman el núcleo atómico. ● procesos que producen grandes cantidades de energía en los que se modifican núcleos atómicos: fusión y fisión nuclear. Después de ver la película, respondan las siguientes preguntas: 1. ¿Qué partículas componen el núcleo atómico? ¿Cuáles son sus principales características? 2. ¿Por qué piensan que no se menciona a los electrones cuando se analizan las masas de los átomos en el documental? 23 3. ¿Cuántos tipos diferentes de átomos existen en la naturaleza? ¿La cantidad de qué partículas subatómicas caracteriza a cada uno de ellos? ¿A qué se llama número atómico “Z”? Antes de responder: ¿a qué se refiere la expresión “partículas subatómicas”? 4. ¿Qué partículas se ubican en la zona extranuclear (por fuera del núcleo)? ¿Qué características de carga y masa poseen? ¿Cómo se distribuyen? 5. La cantidad total de protones y neutrones de un átomo se conoce como número de masa o número másico y se representa con “A”. Este número da una buena aproximación de la masa del átomo. Den al menos dos razones por las que esta aproximación es posible. 6. ¿Cómo se origina la energía que proviene del Sol? 7. Para discutir en el grupo: qué significa el pensamiento de Oppenheimer: “Los físicos han conocido el pecado y este es un conocimiento que no pueden perder”. Averigüen quién fue Robert Oppenheimer y de qué se trató el proyecto Manhattan. Actividad 3. Isótopos. 1. El agua pesada es un líquido transparente de apariencia idéntica al agua común, aunque un 10% más denso. No tiene color, olor, ni sabor. No es tóxica, ni radiactiva. Se utiliza como sustancia refrigerante y moderadora de la velocidad de escape de los neutrones en reactores de fisión nuclear. A diferencia del agua común (H2O), el agua pesada incluye en su fórmula dos átomos de deuterio y uno de oxígeno (D2O). El hidrógeno y el deuterio son isótopos de un mismo elemento, es decir, son átomos con igual cantidad de protones y electrones en sus estructuras, pero diferente cantidad de neutrones. El átomo de hidrógeno (1H) es el más simple de todos los átomos, compuesto solamente por un protón y un electrón. El deuterio tiene además un neutrón en su núcleo. El hidrógeno y el deuterio están presentes en la materia en una proporción de 7000 a 1. a. Extraigan del texto una definición para el término “isótopos”. ¿Qué pueden decir de los valores de Z y A para dos átomos que son isótopos entre sí? b. Si 1H es el símbolo nuclear para el isótopo más sencillo del hidrógeno, ¿cómo simbolizarían el deuterio? Expliquen con sus palabras la afirmación de que hidrógeno y deuterio se encuentran en proporción de 7000 a 1 en la materia. ¿Existe algún otro isótopo del hidrógeno? ¿Cuál es su abundancia? c. El texto compara la densidad del agua pesada con la del agua común. ¿A qué se refiere el término densidad? Si la densidad del agua común a 4°𝐶 es 1 𝑔/𝑐𝑚3, ¿cuál será la densidad del agua pesada a la misma temperatura? d. Para investigar: ¿Hay agua pesada en la naturaleza o se fabrica? ¿Cómo se obtiene? 2. La masa de un átomo de helio (He), cuyo número atómico es 2, es 4 veces la del 1H: Decidan cuál/es de las siguientes opciones pueden corresponden al átomo de helio y cuáles no. Justifiquen cada decisión ● Tiene en total 4 partículas subatómicas. ● Tiene 4 protones. ● Tiene 1 protón y 3 neutrones. ● La suma de protones más neutrones es 4. ● Está formado por 6 partículas. 24 3. Consideren un átomo de cloro formado por 17 protones, 17 electrones y 18 neutrones. a. ¿Cómo se ubican estas partículas en el átomo? b. ¿Qué puede decirse sobre la masa y carga de este átomo? c. ¿Cuánto valen los números atómico y másico para este átomo? ¿Cómo se representa simbólicamente esta información? d. ¿Serán iguales todos los átomos de cloro en el Universo? e. ¿Qué cambios sufriría este átomo si se modificara la cantidad de protones, la de neutrones o la de electrones? Considere por ejemplo que las cantidades dadas se incrementan en una unidad, de a una por vez. Discutan la validez actual del modelo atómico de Dalton, a la luz de lo aprendido hasta ahora: ¿qué postulados siguen siendo válidos? ¿cuáles son erróneos o incompletos? ¿sobre cuáles no podemos decir nada aún? Actividad 4. Para elaborar en grupo. Para elaborar en grupo: El trabajo consiste en explicar qué y cómo son los átomos a una persona adulta interesada pero que del tema sabe poco o nada. Elaboren un texto con la explicación teniendo en cuenta: cómo empezar, qué información no puede faltar, cuáles son los conceptos más difíciles de transmitir, hasta dónde llegar con la explicación, qué queremos que quede como aprendizaje fundamental. Recuerden que para facilitar y enriquecer la explicación, además de usar un lenguaje claro y preciso, pueden utilizar sinónimos, metáforas, comparaciones, entre otros recursos lingüísticos. Actividad 5. Átomo. Choque de titanes. Domiciliaria y grupal: trabajaremos con la película documental “Átomo. Choque de titanes”, https://vimeo.com/18113758, que deberán ver por fuera de la clase. Elijan algún aspecto o tema de los desarrollados en la película y elaboren una síntesis para luego mostrar al resto del curso. El formato puede ser de mapa conceptual, línea de tiempo, cuadro sinóptico, resumen, o aquél con el que se sientan cómodos. Pueden elegir como temas: evolución del modelo atómico, principales descubrimientos que fueron configurando el modelo, escollos encontrados, ideas descartadas definitivamente, biografías de los científicos más destacados y sus contribuciones, etc. Actividad 6. Sistema materiales. Con esta actividad nos proponemos definir algunos términos muy importantes que se usan para nombrar o describir sistemas químico; pero antes ¿qué es un sistema? 1. El número de elementos químicos existentes es muy limitado. ¿Cómo explicarían la gran diversidad de materiales que existe en nuestro planeta? Para poder responder tendrán que discutir previamente qué entienden por “elemento químico”. 2. Si definimos molécula como la porción más pequeña de una sustancia ¿cómo son todas las moléculas en una muestra de una sustancia pura? ¿Cuántos tipos de moléculas (componentes) debe haber en un material para que sea considerado una mezcla? 25 3. ¿Cuáles de los siguientes materiales son sustancias puras y cuáles son mezclas? ¿Cuáles tienen composición química definida? ¿hay alguna sustancia simple? cloruro de sodio oxígeno agua de mar glucosa miel agua de la canilla humo hierro aire oro bronce sal de mesa comercial 4. Los sistemas materiales pueden describirse como homogéneos o heterogéneos, a partir de la observación de sus propiedades intensivas. a. Definan todos los conceptos que aparecen en este enunciado. b. Den ejemplos de propiedades intensivas y extensivas que conozcan, y definan cada ejemplo. ¿Cuáles de estas propiedades pueden servir para identificar un material? c. Una estatuilla metálica de color dorado verdoso pesa 1,450 𝑘𝑔 y mide 18 𝑐𝑚 de altura. Es suave al tacto y brillante. Conduce muy bien el calor y la electricidad. Sise la calienta hasta más de 550°C se funde (se vuelve líquida). Cada 𝑐𝑚 contiene unos 9 𝑔 de materia. Respondan: ¿A qué propiedades hace referencia este texto? ¿Cuál/es son propiedades del objeto (la estatuilla), y cuáles del material? ¿Cuál/es se modificarían si se fundiera la estatuilla y se armara una esfera con el material? ¿Qué características cambiarían si se hiciera una réplica idéntica pero de acero inoxidable? Actividad 7. Receta para construir un planeta como la Tierra. Preparación: Mezclar bien todos los ingredientes en un bol grande, amasar con las manos hasta obtener una bola redonda y colocarla después con cuidado en la zona de habitabilidad alrededor de una estrella joven. No es necesario mezclar más. Calentar hasta que la masa se convierta en una bola brillante y ardiente de color blanco. Hornear durante unos cuantos millones de años. Enfriar hasta que el color vaya pasando del blanco al amarillo y después al rojo y se forme una costra de color marrón con tonos dorados. En este punto, la masa ya no debería emitir luz alguna. Sazonar con un poco de agua y compuestos orgánicos. La masa encogerá un poco a medida que el vapor escape, formando nubes y océanos. Ahora apártese y espere unos cuantos millones de años más para ver qué ocurre. Si tiene suerte, una fina capa de vida aparecerá, como un glaseado, sobre la superficie de su nuevo mundo. http://www.abc.es/ciencia/20150105/abci-receta-para-construir-planeta-201501051052.html Ingredientes: 1 taza de magnesio 1 taza de silicio 2 tazas de hierro 2 tazas de oxígeno 1/2 cucharadita de aluminio 1/2 cucharadita de níquel 1/2 cucharadita de calcio 1/4 de cucharadita de azufre y un chorrito de agua procedente de un cometa o asteroide. 26 1. En esta receta se intenta reproducir mediante “tazas y cucharaditas” la composición del planeta. Discutan si la receta propone agregar cantidades iguales o diferentes de: ● magnesio y silicio ● hierro y oxígeno ● aluminio, níquel y calcio. Probablemente se estén preguntando de qué hablamos cuando hablamos de cantidad. Reescriban el enunciada para que no admita múltiples respuestas. 2. El gráfico muestra la abundancia de los elementos mayoritarios en la corteza terrestre, incluyendo los océanos y la atmósfera. Los porcentajes se refieren a masas. a. ¿Qué significa “por ciento”? Expliquen con sus palabras (y sin usar expresiones como “por ciento” o “porcentaje”) el enunciado: “La abundancia del calcio en la corteza terrestre es 3,4% en masa”. b. ¿Cuántos 𝑘𝑔 de calcio habrá en una tonelada de material de la corteza terrestre, de composición promedio? c. Averigüen en qué forma aparecen estos elementos en el planeta: ¿solos, combinados, formando rocas, disueltos en el océano, formando parte de diversos compuestos o de algunos pocos? Citen la bibliografía utilizada (pueden ser páginas de internet, libros, revistas, videos, etc.). Organicen la división de responsabilidades en el grupo, para que no busquen todos lo mismo. 3. Formulen individualmente dos preguntas que puedan responderse a partir de esta lectura y dos preguntas cuya respuesta no esté en el texto, y respóndanlas en grupo. Actividad 8. Estados de agregación. 1. La figura representa esquemáticamente la estructura interna de una porción de cobre a temperatura ambiente. Respondan: a. ¿Qué tipo de elemento es el cobre? ¿En qué estado de agregación se encuentra a esta temperatura? b. ¿Qué representa cada esfera en el dibujo? c. ¿Qué hay en los espacios entre las partículas? d. ¿Qué características del estado sólido se evidencian en este dibujo? e. Si por calentamiento la misma porción de cobre pasa al estado líquido, ¿qué cambios ocurren a nivel macroscópico? ¿qué cambios ocurrirán a nivel de la estructura interna? (respecto a posiciones relativas, distancias, movimientos) f. Realicen un nuevo gráfico de esferas que represente el cobre en estado líquido. g. ¿Cómo se llama el cambio de estado involucrado? ¿Cómo se llaman todos los cambios de estado? 27 2. ¿Qué representan los puntos en los recipientes de las figuras? ¿Qué propiedades del estado gaseoso se reconocen en el modelo? ¿Qué otras propiedades conocen? 3. Dibujen nuevamente los tres recipientes anteriores, con el mismo contenido, pero teniendo en cuenta la siguiente asignación gráfica: = átomo de helio = átomo de hidrógeno = átomo de oxígeno 4. Describan los cambios que experimentan las sustancias involucradas cuando ocurren los siguientes fenómenos. Indiquen además cómo se llaman los cambios de estado involucrados, y si se trata de cambios físicos o químicos. a. La naftalina, usada para eliminar polillas, desaparece lentamente sin dejar residuos visibles en el ropero. b. El espejo del baño se empaña cuando nos bañamos. c. La soldadura de estaño se consigue echando gotas del metal caliente en la zona de unión de dos piezas metálicas, las que luego quedarán unidas. d. Las manos se secan sin necesidad de una toalla cuando las frotamos con alcohol. 5. Representen gráficamente los procesos anteriores usando modelos de esferas para las partículas. ¿Es correcto decir que esas “partículas” son moléculas? ¿moléculas de qué? Actividad 9. Tabla periódica de los elementos. La tabla periódica es un ordenamiento de los elementos en filas y columnas, siguiendo el orden creciente de número atómico. La forma particular de la cuadrícula obedece a que se agrupan los elementos de acuerdo a propiedades físicas y químicas comunes. En una tabla periódica moderna se observan 18 columnas denominadas grupos y 7 filas llamadas períodos. Los períodos se designan con números enteros del 1 al 7 y los grupos con números enteros del 1 al 18. Una denominación más antigua que aún se mantiene en muchas tablas y libros de texto designa a los grupos con un número romano seguido por las letras A o B, de modo que se generan dos bloques en la tabla: Los elementos representativos (grupos IA al VIIIA o grupos 1, 2, 13,14, 15, 16, 17 y 18) y los elementos de transición (grupos B o grupos del 3 al 12). Además, para facilitar la representación, aparecen dos filas horizontales fuera de la tabla que corresponden a elementos que deberían ir en el sexto y séptimo periodos, tras el tercer elemento del periodo. Son los elementos Helio gaseoso Agua gaseosa Oxígeno gaseoso 28 de transición interna: lantánidos o tierras raras (a continuación del lantano), y actínidos (a continuación del actinio). Los diferentes grupos de elementos representativos conforman “familias” que se conocen por ciertos nombres característicos o sencillamente como “familia del…” y el nombre del primer elemento del grupo primer elemento del grupo. Grupo Nombre de la familia 1 (IA) Alcalinos 2(IIA) Alcalino térreos 13 (IIIA) Familia del Boro 14 (IVA) Familia del Carbono 15 (VA) Familia del Nitrógeno 16 (VIA) Calcógenos 17 (VIIA) Halógenos 18 (VIIIA) Gases Nobles Tabla. Grupos de los elementos representativos. ¿Qué información podemos obtener de la Tabla Periódica? Es importante aprender a utilizar la tabla periódica para obtener información útil a la hora de trabajar con elementos químicos. En las más sencillas suele indicarse el nombre del elemento, su símbolo, el número atómico, la masa atómica y la configuración electrónica (modo en que se distribuyen los electrones, que no es tema de este curso). Las más completas consignan propiedades como electronegatividad, potenciales de ionización, temperaturas de fusión y ebullición, estructura cristalina, densidad, radio atómico, radio iónico y otras. Algunas de las propiedades mencionadas son propiedades atómicas, es decir, características que poseen o adquieren en determinadas circunstancias los átomos del elemento; por ejemplo el radio atómico, la electronegatividad o el estado de oxidación. Otras son propiedades del elemento, es decir, de la o las sustancias simples que ésteforma; por ejemplo, las temperaturas de fusión o ebullición, la estructura cristalina y la densidad. Es que el símbolo químico representa ambas cosas: a un átomo del elemento y al elemento mismo. 29 1. En la tabla de la figura señalen los siguientes agrupamientos marcando correctamente los límites cuando corresponda. a. Elementos representativos, de transición y de transición interna. b. Metales, no metales y gases nobles. c. Halógenos. d. Metales alcalinos. 2. El hidrógeno ocupa el primer lugar en la tabla (periodo 1, grupo 1 (IA)). Observen los valores de las propiedades físicas (densidad, puntos de ebullición, punto de fusión) de los elementos del grupo 1 y decidan si corresponde considerar al hidrógeno parte de la familia de los metales alcalinos. ¿Es un metal? ¿A qué atribuyen su ubicación? Averigüen si existen otros diseños de tablas periódicas. Por ejemplo, alguna que ubique al hidrógeno en otro sitio. Traigan la información para compartir con el grupo; citen la fuente consultada 3. ¿Cómo varía la masa atómica a lo largo de un grupo? ¿y a lo largo de un periodo? 4. Para buscar en la tabla: a. ¿Cuál es el halógeno más liviano? ¿cuál es su estado de agregación natural? b. ¿A qué familia pertenecen los metales hierro, cinc y cobre? c. ¿Cuál es el elemento de número atómico 92, último de los elementos naturales? ¿Cuál es su masa atómica? d. ¿Qué elementos conforman la familia del oxígeno? e. ¿Cuál de los halógenos es líquido en condiciones ambientales normales? f. ¿Cuál es más denso, el plomo o el mercurio? g. ¿Cuál es la masa de 1 cm3 de oro? h. ¿Qué gas tiene más electrones por átomo, el argón o el neón? 5. Ubiquen en grupo y periodo a los elementos más abundantes de la corteza terrestre. Anoten sus números atómicos y masas atómicas y clasifíquenlos en metales y no metales. 30 Actividad 10. Síntesis de la unidad. Como cierre de esta unidad, cada grupo elegirá entre 10 y 15 términos de la siguiente lista (pueden modificar las palabras cambiando el género o el número), y elaborará un diagrama o mapa conceptual relacionando los conceptos elegidos. ● Materia ● Átomos ● Núcleo ● Masa ● Volumen ● Densidad ● Propiedades intensivas ● Propiedades extensivas ● Moléculas ● Positivo ● Negativo ● Homogéneo ● Heterogéneo ● Líquido ● Gaseoso ● Sustancias puras ● Sólido ● Mezclas ● Elementos ● Componentes ● Electrones ● Fases ● Neutrones ● Carga ● Protones ● Sustancias simples ● Sustancias compuestas ● Vacío ● Estados 31 Unidad III: Ecuaciones y trabajo algebraico. En esta unidad se trabaja con otro concepto matemático importante: las ecuaciones. Pretendemos repasar algunos métodos de resolución de las ecuaciones e inecuaciones lineales y cuadráticas. Se usarán las ecuaciones para plantear y resolver problemas sencillos de enunciados verbales. También, en las actividades de la unidad, se abordarán las técnicas de trabajo algebraico con expresiones para repasar las propiedades de las operaciones. Actividad 1. Ecuaciones lineales. 1. Resuelvan las siguientes ecuaciones lineales. Indiquen la cantidad de soluciones que encontraron en cada caso. Comparen las respuestas con sus compañeros. a. 5 − 4𝑥 = 2𝑥 + 3 b. 𝑎 − 3 = 𝑎 − 1 c. + = d. 2(𝑏 − 5) = 𝑏 + 2 1 + e. 𝑟 + 3 = 𝑟 + (𝑟 + 9) 2. En cada caso, escriban una ecuación para cada enunciado. Luego, resuelvan la ecuación correspondiente. “Tres veces la edad de Juan en años más un tercio de su edad es igual a setenta” “Un montón de azúcar más su quinta parte forman dos kilos” “Una señora trajo del almacén una bolsa con manzanas. A una de sus hijas le dio la mitad más media manzana, a otra hija le dio la mitad de lo que le quedaba. Dentro de la bolsa quedó 1 manzana” 3. ¿Cuál puede ser un problema que tenga a la siguiente ecuación? 𝑥 + 𝑥 7 + 1 = 3𝑥 4. Resuelvan los siguientes sistemas de ecuaciones lineales. Indiquen la cantidad de soluciones que encontraron en cada caso. Comparen las respuestas con sus compañeros. a. 2𝑥 + 3𝑦 = 1 𝑥 + 2𝑦 = −1 b. 𝑧 + 2𝑟 = 1 2𝑧 + 4 = 3(𝑧 + 𝑟) c. 3𝑚 + 𝑛 = 3𝑡 𝑡 + 𝑛 = 𝑚 4𝑡 = 𝑛 + 4 5. Resuelvan los problemas: a. Juan tiene cinco años más que su hermana y juntos suman cuarenta y siete. ¿Cuántos años tiene Juan? b. En mi familia hay un total de trece miembros. Y la cantidad de varones supera en 5 a la cantidad de mujeres. ¿Cómo está compuesta la familia? c. En un terreno hay 6 metros cuadrados ocupados por una pileta, la casa ocupa lo mismo que la pileta y la mitad del jardín, y el jardín ocupa tanto como la pileta y la casa juntas. ¿Cuántos metros cuadrados tiene el terreno? d. El perímetro de un rectángulo es de 64 centímetros. Sabiendo que su base es 6 centímetros más larga que la altura, calculen sus dimensiones. e. Si aumentamos el lado de un cuadrado en 1 metro entonces su área aumenta en 2 metros cuadrados. ¿Cuánto mide el lado del cuadrado original? 32 Actividad 2. Ecuaciones cuadráticas. En las ecuaciones cuadráticas aparece la incógnita elevada al cuadrado y tienen la siguiente forma general 𝑎𝑥 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0 Donde 𝑎, 𝑏 y 𝑐 son números reales fijos y en particular 𝑎 es distinto de 0 (𝑎, 𝑏 y 𝑐 se denominan coeficientes de la ecuación). Algunos ejemplos pueden ser: 𝑥 − 3𝑥 − 4 = 0 𝑥 − 1 = 𝑥 − 2𝑥 3𝑥 + 9(𝑥 + 3) = 9𝑥 1. Reescriban los ejemplos en la forma general de una ecuación cuadrática. Indiquen cuáles son sus coeficientes. 2. ¿Por qué “𝑎” debiera ser distinto de cero? Las ecuaciones cuadráticas pueden tener una solución, dos soluciones o ninguna solución dependiendo del valor de sus coeficientes. Para resolverlas utilizaremos la fórmula de Bhaskara. Partimos de la ecuación general (remarcamos que el miembro de la derecha debe ser cero) 𝑎𝑥 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0 calculamos las soluciones 𝑥 = −𝑏 + √𝑏 − 4𝑎𝑐 2𝑎 𝑥 = −𝑏 − √𝑏 − 4𝑎𝑐 2𝑎 La cantidad de soluciones depende “fuertemente” del valor numérico que tome “𝑏 − 4𝑎𝑐”. Este número se llama discriminante de la ecuación. Hay tres alternativas: 𝑏 − 4𝑎𝑐 > 0: habrá dos soluciones porque al calcular la raíz cuadrada se obtienen dos resultados. 𝑏 − 4𝑎𝑐 = 0: habrá una única solución porque al calcular la raíz cuadrada se obtiene un único valor. 𝑏 − 4𝑎𝑐 < 0: no existen soluciones reales para la ecuación porque no es posible calcular la raíz cuadrada. Ejemplo: La ecuación cuadrática (𝑥 + 1) = 9 es equivalente a las siguientes ecuaciones 𝑥 + 2𝑥 + 1 = 9 𝑥 + 2𝑥 − 8 = 0 tiene coeficientes: 𝑎 = 1 𝑏 = 2 𝑐 = −8 Por lo tanto el discriminante es: 𝑏 − 4𝑎𝑐 = 2 − 4 × 1 × (−8) = 4 + 32 = 36 > 0 Serán 2 soluciones distintas: 𝑥 = −2 + √36 2.1 = −2 + 6 2 = 2 𝑥 = −2 − √36 2.1 = −2 − 6 2 = −4 33 3. Calculen el valor del discriminante de cada ecuación cuadrática. Determinen la cantidad de soluciones de la ecuación y las soluciones correspondientes. a. 𝑥 − 81 = 0 b. 2𝑥 + 4 = 0 c. 9(𝑥 + 1) = 4 d. 𝑥 + 2 = 6𝑥 e. 𝑥(𝑥 − 3) + 2 = 0 f. (𝑥 + 1) + 𝑥 = 1 Las soluciones de una ecuación cuadrática permiten factorizar: 𝑎𝑥 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 𝑎(𝑥 − 𝑥 ). (𝑥 − 𝑥 ) Ejemplo: Recordando el ejemplo anterior podemos afirmar que la ecuación 𝑥 + 2𝑥 − 8 = 0 tiene soluciones 𝑥 = 2 𝑥 = −4 Además el coeficiente 𝑎 = 1. Por lo tanto 𝑥 + 2𝑥 − 8 = 1. (𝑥 − 2) 𝑥 − (−4) = (𝑥 − 2). (𝑥 + 4) 4. Factoricen las siguientes expresiones cuadráticas a. 𝑥 − 81 b. 2𝑥 + 4 c. 9(𝑥 + 1) − 4 d. 𝑥 − 6𝑥 + 2 e. 𝑥(𝑥 − 3) + 2 f. (𝑥 + 1) + 𝑥 − 1 5. Resuelvan los problemas: a. Los lados de un rectángulo miden 2 y 3 centímetros. Si cada uno de ellos se aumenta una cantidad 𝑥 de centímetros entonces el área aumenta al doble. ¿Cuánto vale 𝑥? b. ¿Cuánto deben medir los lados de un rectángulo para que su área sea 5 𝑚 y su perímetrosea 8 𝑚? c. Si aumentamos el lado de un cubo en 2 metros entonces su volumen aumenta en 26 metros cúbicos. ¿Cuánto mide el lado del cubo original? Actividad 3. Completación de cuadrados. Además de revolver ecuaciones cuadráticas y factorizarlas, trabajaremos en la completación de cuadrados. Es una técnica algebraica que será útil 1. Desarrollen los siguientes cuadrados. (𝑥 + 2) = _____________________________ b. (𝑥 − 1) = _____________________________ (𝑥 + 3) = _____________________________ Los casos anteriores se dicen que son cuadrados perfectos. Porque suman el área completa de un cuadrado. 2. Identifiquen, en el esquema de la derecha, como se corresponde cada término de la fórmula con el área de cada figura. 𝑥 𝑝 𝑥 𝑝 (𝑥 + 𝑝) = 𝑥 + 2𝑥. 𝑝 + 𝑝 34 A veces, el cuadrado no es perfecto y le falta una esquina. Y para completarlo necesitamos sumar o agregarle el área del cuadrado pequeño: 𝑝 𝑥 + 2𝑥. 𝑝 = 𝑥 + 2𝑥. 𝑝 + 𝑝 − 𝑝 = (𝑥 + 𝑝) − 𝑝 Este procedimiento nos servirá en el futuro para hacer algunas transformaciones algebraicas útiles en geometría. 3. Completen los siguientes cuadrados “imperfectos” d. 𝑥 + 2𝑥 = _____________________________ 𝑚 + 6𝑚 = ____________________________ 𝑦 − 4𝑦 = _____________________________ g. 𝑥 + 𝑥 = ______________________________ 4. En las siguientes expresiones hay que reemplazar todos los cuadrados “imperfectos” que aparezcan. h. 𝑥 + 2𝑥 + 𝑦 + 8𝑦 + 𝑧 + 3𝑧 + 6 = _________________________________________________ 𝑧 + 5𝑚 + 𝑚 − 𝑧 = ______________________________________________________________ Actividad 4. Expansión y reducción de expresiones algebraicas. En esta actividad nos proponemos repasar las propiedades algebraicas de las operaciones. Para ello deberán expandir y simplificar las expresiones usando, por ejemplo, la propiedad distributiva del producto con la suma, la propiedad conmutativa de la suma o el producto, En particular nos interesan la propiedad distributiva y la suma/resta de expresiones fraccionarias. 1. Expandan las expresiones. No deben quedar paréntesis. a) (𝑥 − 𝑦)(𝑥 + 𝑤 − 𝑡) b) (𝑥 + 𝑦 − 𝑟)(𝑧 + 𝑤 − 𝑡) c) (2𝑥 + 3) d) (3𝑏 + 5) e) (2𝑐 − 7) f) (4𝑎 − 5) g) (𝑥 + 𝑦 + 𝑧) h) (𝑥 − 5𝑦 − 3𝑧) i) (𝑥 + 1)(𝑥 − 2)(𝑥 + 3) j) (𝑦 − 2)(𝑦 − 3)(𝑦 + 5) k) (𝑎 + 2)(𝑎 − 2)(𝑎 + 4) l) (𝑏 − 3)(𝑏 + 3)(𝑏 + 9) m) 𝑥𝑦(𝑥 + 𝑦) − n) 𝑎 𝑧(𝑧 − 𝑎) + 𝑥 𝑝 𝑥 𝑝 𝑥 + 2𝑥. 𝑝 35 2. Simplifiquen las expresiones lo más que puedan haciendo las operaciones. No deben quedar paréntesis y a los sumo puede quedar una sola fracción. a) + b) + c) . d) . e) f) g) + h) + i) . + . 2 j) . + . 2 k) . + l) . + m) + n) − o) − p) − q) ( ) r) s) Actividad 5. Conjuntos numéricos. La colección de los números positivos es un ejemplo de conjunto numérico, también la colección de los números pares. Si un conjunto contiene una cantidad finita de elementos entonces se utilizan los símbolos “{ }”. Por ejemplo, el conjunto de números que está formado por 4, − y √2 se escribe 4, − 17 7 , √2 En este caso se dice que hemos enumerado sus elementos describiéndolo por extensión. Si el conjunto no tiene una cantidad finita de elementos, usualmente aparece el símbolo de “tres puntos suspensivos” “…” para dar cuenta de sus elementos por extensión; por ejemplo, el conjunto de los números impares se escribe {1, 3, 5, 7, … } Recordemos que algunos conjuntos numéricos tienen un símbolo especial para nombrarlos Números naturales Números enteros Números racionales Números irracionales Números reales 1. Escriban 5 ejemplos de elementos de cada conjunto numérico anterior. Es posible describir los conjuntos mediante alguna propiedad que caracterice a sus elementos. Por ejemplo, el conjunto de todos los números reales mayores que 2 (es un conjunto con infinitos elementos) se escribe {𝑥 ∈ ℝ: 𝑥 > 2} 36 Se dice, en estos casos, que se describe el conjunto por comprensión. Usamos en este caso la notación {𝑥 ∈ ℝ: …. } que suele leerse “el conjunto de los números reales 𝑥 tales que”. No hay nada en particular con la decisión de elegir la letra 𝑥, es simplemente decisión conveniente para describir la propiedad y podría usarse cualquier otra letra sin que eso sea importante. O sea, los siguientes conjuntos son iguales: {𝑥 ∈ ℝ: 𝑥 > 2 } = {𝑦 ∈ ℝ: 𝑦 > 2 } = {𝑡 ∈ ℝ: 𝑡 > 2 } 2. Escriban por extensión los siguientes conjuntos: a. El conjunto de los números pares negativos b. El conjunto de los números racionales con numerador igual a 1 c. El conjunto de los números positivos d. El conjunto de los números reales que satisfacen la ecuación 2𝑥 + 𝑥 − 1 = 0. e. El conjunto de los números reales que satisfacen la ecuación 2𝑥 + 𝑥 + 1 = 0. 3. Escriban por comprensión los siguientes conjuntos: a. {3, 6, 9, 12, 15, … } b. {−1, −2, −3, −4, … } c. {2,9} d. {21} Un tipo especial de conjunto que aparece muy frecuentemente en las matemáticas son aquellos que llevan el nombre de intervalo. Son los conjuntos que están en la siguiente tabla. En la notación de intervalos se indica con “paréntesis” los casos en los que no se debe incluir el borde del conjunto; y con un “corchete” los casos en los que sí se deben incluirse. En la representación gráfica usamos los redondeles vacíos “ ” o llenos “ “con el mismo propósito. Y usamos el símbolo “∞”, llamado infinito, para indicar que el conjunto no tiene fin en la dirección. 4. Completen la tabla. Descripción del conjunto Notación Representación gráfica Intervalo abierto {𝑥 ∈ ℝ: 𝑎 < 𝑥 < 𝑏} (𝑎, 𝑏) Intervalo cerrado [𝑎, 𝑏] Intervalo semi-abierto {𝑥 ∈ ℝ: 𝑎 < 𝑥 ≤ 𝑏} Intervalo semi-abierto {𝑥 ∈ ℝ: 𝑎 ≤ 𝑥 < 𝑏} Semi-recta cerrada {𝑥 ∈ ℝ: 𝑎 ≤ 𝑥} [𝑎, +∞) Semi-recta abierta (−∞, 𝑏) Semi-recta abierta {𝑥 ∈ ℝ: 𝑎 < 𝑥} Semi-recta cerrada (−∞, 𝑏] 37 5. Escriban en forma de intervalo y en forma de conjunto los siguientes intervalos: 6. Dibujen, en una recta real, los siguientes intervalos: a. , 5 b. (−∞, 0) c. (0,1) d. −3, − e. [−25, ∞) Actividad 6. Desigualdades lineales. La resolución de “desigualdades lineales” tiene mucha similitud a la resolución de “igualdades lineales” aunque presenta una pequeña dificultad extra porque multiplicar/dividir por números negativos ambos miembros de una desigualdad invierte su sentido; al multiplicar/dividir por “−1” se produce una “reflexión” respecto al 0 (origen de coordenadas) y por eso cambia la posición relativa de los números. Igualmente debemos remarcar que las desigualdades son equivalentes entre sí. De modo que si estamos resolviendo una desigualdad, los conjuntos de las soluciones no varían al multiplicar por un número negativo (siempre y cuando respetemos la regla de cambiar el sentido de la desigualdad). Ejemplo: −2𝑥 > 4 𝑒𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑥 < 4 −2 𝑒𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑥 < −2 El conjunto solución tiene una infinidad de elementos y podemos expresarlo como intervalo: (−∞, −2) 𝑎 𝑏 0 −𝑎 −𝑏 0 𝑎 < 𝑏 −𝑏 < −𝑎 𝑎 < 𝑏 −𝑏 < −𝑎 38 1. En el esquema inicial de la actividad se ha puesto una situación particular al considerar que “𝑎” y “𝑏” son positivos. Con diagramas similares ilustren la “reflexión” respecto al origen según las situaciones siguientes. Comprueben que la posición relativa en la recta ha cambiado y por lo tanto es necesario invertir el sentido de la desigualdad al multiplicar por números negativos. “𝑎” es negativo y “𝑏” es positivo “𝑎” y “𝑏” son negativos 2. Con diagramas similares ilustren cómo actúa sumar/restar a ambos miembros de una desigualdad. Comprueben que no se altera la posición relativa de los números y por lo tanto se mantiene el sentido de la desigualdad. 3. Resuelvan las siguientes desigualdades. Escriban los conjuntos solución con la notación de intervalos. a. 5 + 4𝑥 > 17 b. −1 − 𝑥 ≤ 2𝑥 − 3 c. 2𝑥 > 2(𝑥 − 1) d. + 3 < e. −𝑥 ≥ −(𝑥 − 5) 4. Encuentren los valores de 𝑥 que cumplen cada par de desigualdades en forma simultánea. También escriban las soluciones con la notación de intervalo. a. 𝑥 + 3 > 0 𝑥 + 1 < 1 b. 𝑥 − 1 ≥ 3 2 < 2𝑥 + 1 c. 𝑥 + 1 ≤ 2 4 − 3𝑥 ≤ 0 Actividad 7. Desigualdades cuadráticas. Al factorizar expresiones cuadráticas podemos usar la regla de los signos para la multiplicación y resolver desigualdades cuadráticas. Ejemplo: Deseamos resolver la desigualdad 𝑥 + 2𝑥 − 8 > 0 Según hemos visto en actividades anteriores podemos factorizar la expresión cuadrática de modo de obtener la desigualdad equivalente (𝑥 − 2)(𝑥 + 4) > 0 De acuerdo a la regla de los signos hay dos posibilidades: los dos factores deben ser positivos o los dos factores deben ser negativos. Estudiamos cada posibilidad por separado. 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 × 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 × 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 × 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 × 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 Regla de los signos La regla de los signos para la multiplicación/división establece cuándo el resultado de un producto es positivo o negativo de acuerdo al signo de los factores: 39 Ambos factores positivos: Obtendremos aquí una parte del conjunto solución. Corresponde resolver en forma simultánea las siguientes desigualdades 𝑥 − 2 > 0 𝑥 + 4 > 0 𝑥 > 2 𝑥 > −4 Escribimos el resultado en forma de intervalos: 𝑥 ∈ (2, +∞) 𝑦 𝑥 ∈ (−4, +∞) Como necesitamos que se cumplan las dos condiciones en forma simultánea, la primera parte de nuestro conjunto solución será: (2, +∞) Ambos factores negativos: En forma similar buscamos la segunda parte de nuestro conjunto solución. Corresponde resolver en forma simultánea las siguientes desigualdades 𝑥 − 2 < 0 𝑥 + 4 < 0 𝑥 < 2 𝑥 < −4 Escribimos el resultado en forma de intervalos: 𝑥 ∈ (−∞, 2) 𝑦 𝑥 ∈ (−∞, −4) Como necesitamos que se cumplan las dos condiciones en forma simultánea, la segunda parte de nuestro conjunto solución será: (−∞, −4) El conjunto solución completo está formado por la unión de ambas partes. 𝑥 + 2𝑥 − 8 > 0 𝑒𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑥 ∈ (−∞, −4) ∪ (2, +∞) 1. Resuelvan las siguientes desigualdades. En todos los casos expresen los conjuntos de soluciones con la notación de intervalo. a. 𝑥 − 81 > 0 b. −𝑥 + 3𝑥 + 4 < 0 c. 𝑥 + 𝑥 ≥ 2 d. 𝑥 + 2 > 0 e. (𝑥 − 3) ≥ 0 f. (𝑥 − 3) ≤ 0 2 −4 ) ( 40 Unidad IV: Números y magnitudes. “…Consideremos un gigante de dieciocho metros – más o menos la estatura de los gigantes Pope y Pagan de la ilustración de Pilgrim’s Progress. Esos monstruos no sólo eran diez veces más altos que Christian, sino diez veces más anchos y otras tantas más gruesos, por lo que sus pesos totales eran mil veces más que el de éste, o sea, de ochenta o noventa toneladas. Por desgracia, las secciones transversales de sus huesos sólo eran cien veces las de los de Christian, por lo que cada centímetro cuadrado de los huesos de los gigantes tenía que soportar diez veces más pesos que el centímetro cuadrado de hueso humano. Como el fémur humano se rompe con un peso de diez veces el del cuerpo, Pope y Pagan se los hubieran roto cada vez que hubieran dado un paso. Sin duda era por esto que estaban sentados en el dibujo que recuerdo. Pero esto no rebaja el respeto de Christian y de Jack al gigante asesino.” J. B. S. Haldane Los tamaños, edades, velocidades o masas de algunos objetos de estudio frecuentes en las Ciencias Naturales pueden ser muy grandes o muy pequeños en comparación con nuestro entorno habitual. El diámetro de una célula, la masa de un átomo, la distancia a una estrella, la edad del Universo son algunos ejemplos. Para manejar estas magnitudes se hace necesario el uso de unidades especialmente elegidas, como la unidad de masa atómica (uma) o el Angstrom para las masas y tamaños de los átomos; la elección de múltiplos y submúltiplos de las unidades fundamentales; y un formato para escribir esos números extremadamente grandes o pequeños: la notación científica. 41 Actividad 1. Notación científica. Se conoce con este nombre a una forma de escribir números que consiste en expresarlos como el producto de un factor comprendido entre 1 y 10 (sin incluir el 10) y una potencia de 10. O sea, número = 𝑎 × 10 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 1 ≤ 𝑎 < 10 𝑦 𝑛 un número entero Aclaremos con algunos ejemplos: 5000 = 5 × 1000 = 5 × 10 5550 = 5,550 × 1000 = 5,550 × 10 18900000 = 1,89 × 10 Para números menores que 1, se utilizan exponentes negativos : 0,006 = 6 × 10 0,0065 = 6,5 × 10 0,0999 = 9,99 × 10 1. Escriban en notación científica las siguientes cantidades a. 22350000 b. 0,009800 c. 0,00000035 d. 123 e. 602300000000000000000000 f. 2. A veces es necesario expresar distintas cantidades con una misma potencia de 10, para facilitar cálculos posteriores. Completen la siguiente tabla de modo que en cada fila aparezca el mismo número escrito de diferentes formas. El encabezado de las columnas indica la potencia a usar. Se muestran dos ejemplos resueltos. Usar 10 Usar 10 Usar 10 Usar 10 0,98 98 × 𝟏𝟎 𝟐 46700 0,46700 × 𝟏𝟎𝟓 0,0045 42 Actividad 2. Tamaños. 1- En este gráfico podemos ver los tamaños de algunas entidades pequeñas de interés en las ciencias naturales: átomos, moléculas, insectos, células, etc. La escala que se muestra es logarítmica: esto es, para pasar de un valor al siguiente se debe multiplicar por 10 (1cm son 10 mm, 1 nm son 10 Å, etc. ). Con la información del gráfico y de la tabla de prefijos del SI (Sitema Inernacional de unidades), respondan las siguientes cuestiones. a. El diámetro de un átomo de hidrógeno es aproximadamente 1,06 Å. (Å = 1 𝐴𝑛𝑔𝑠𝑡𝑟𝑜𝑚 = 10 𝑚). Transformen este valor a km ,cm , m y nm (ver tabla de prefijos). b. ¿Cuál es la utilidad de definir una unidad como el angstrom? Discútanlo con sus docentes. c. El núcleo de hidrógeno tiene un diámetro de aproximadamente 2,4 × 10 𝑚. ¿Si hiciéramos un modelo a escala del átomo, representando al núcleo como una esfera de 1 𝑚𝑚 de diámetro, de qué tamaño quedaría el modelo terminado? Realicen un esquema del modelo. d. ¿Cuántos átomos de hidrógeno podrían ubicarse, uno a continuación de otro, a lo largo del diámetro de un cabello? 2. A partir de la información dada en el cuadro de escalas, sabiendo que corresponde a diámetros: a. Estimen el volumen de una célula animal en dos unidades diferentes. ¿Qué suposición hacen para llegar al resultado? b. Estimen el volumen de una molécula de agua con la información referida a moléculas pequeñas. ¿Qué suponen con respecto a la forma? c. Expliquen qué significa en este enunciado la expresión “estimar”. d. Estimen cuántas moléculas de agua entrarán en la célula animal. e. Repitan el cálculo anterior suponiendo que la célula
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