¿CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO? DOBLE PÁGINA PRESENTACIÓN UN PERSONAJE UNA RECOMENDACIÓN Edward N. Lorentz Observar el tiempo Barcelona, Planeta, 1998 Este matemático y meteorólogo, nacido en 1917 en Hartford (Connecticut, EEUU), demostró el comportamiento caótico e impredecible de la atmósfera, motivo por el cual fallan tanto los pronósticos meteorológicos. Resulta imposible predecir con exactitud el tiempo que va a hacer: un pequeño cambio de dirección del viento puede echar por tierra las predicciones más fiables. Lorentz denominó a este fenómeno el efecto mariposa: Una pequeña perturbación atmosférica en Brasil, como el aleteo de una mariposa en Pekín, puede desencadenar un tornado en Texas. Se comienza la unidad de manera didáctica y amena, presentando un texto y un esquema de la unidad para proporcionar una visión global de todos los conceptos que se van a tratar, así como contribuir a la organización y al establecimiento de los vínculos que los relacionan. 3 Este libro de William J. Burroughs y otros autores explica los principales fenómenos meteorológicos de una forma amena y sencilla. Además, contiene fotografías con las que observar el cielo para reconocer e interpretar los signos del tiempo atmosférico. EL AIRE QUE NOS RODEA DOS WEBS http://www.inm.es/ Instituto Nacional de Meteorología Información del tiempo, la ciencia de la meteorología e imágenes impresionantes. En realidad, estamos rodeados por el aire. El aire es una mezcla gaseosa constituida por un 78 % de nitrógeno en forma de N2 y un 21 % de oxígeno en forma de O2. El 1 % restante está formado por argón, una pequeña parte de dióxido de carbono (CO2) y otros gases en cantidades mínimas. http://www.meteosat.com/ Meteosat Previsión del tiempo de todas las ciudades españolas, imágenes del satélite y noticias de actualidad. • DESARROLLO DE LA UNIDAD 2 • Traslación. Es el giro de los planetas alrededor del Sol. La traslación es siempre en sentido contrario al de las agujas del reloj. La órbita que describen los planetas es de forma elíptica. Cada movimiento de traslación completo se denomina año y su duración depende de la velocidad de giro del planeta (Fig. 2.9). B2 CÓMO SE USA EL CD Dentro del libro está incluido un CD para el alumno con material multimedia para que trabaje en el aula y en casa. En cada unidad didáctica, en aquellos apartados que se complementen con el CD, aparece el símbolo que indica el empleo del CD. 2 Cada uno de los componentes de la atmósfera, ¿son átomos o moléculas? • ¿Qué gas es el más abundante en el aire? • ¿Cuál de ellos es necesario para poder respirar? 1 El aire: composición, propiedades e importancia A El oxígeno B El nitrógeno C El dióxido de carbono y el efecto invernadero D El ozono E La calidad del aire 2 El tiempo atmosférico A La temperatura del aire B La humedad del aire C La presión atmosférica D El viento 3 Interpretamos los mapas del tiempo A ¿Qué es una borrasca? B ¿Qué es un anticiclón? C ¿Qué es un frente? 4 Las nubes y las precipitaciones A ¿Cómo se forma una nube? B ¿Cómo se producen las lluvias? C Otros tipos de precipitaciones Unas sugerencias que invitan a reflexionar a partir de los conceptos previos que los alumnos deben conocer y a potenciar el gusto por la ciencia. Traslación (la excentricidad de la órbita se ha exagerado). PLANETAS MENORES Son aquellos cuerpos celestes de forma esférica cuyo diámetro es menor que el de Mercurio (4 878 km) pero mayor de 800 km. No se consideran planetas, porque no han despejado las inmediaciones de su órbita de otros cuerpos. Tampoco se consideran satélites, porque no giran en torno a otro planeta. Los ocho planetas del sistema solar son muy diferentes, tanto en tamaño como en composición y características (Fig. 2.10). Se pueden agrupar en dos tipos: En este grupo se incluyen tres cuerpos celestes: • • • Fig. 2.9 C Clasificación de los planetas Planetas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Son los planetas más cercanos al Sol y están constituidos por material rocoso y denso, y de una atmósfera que los rodea. Planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Se denominan gigantes gaseosos o jovianos, aunque algunos tienen un núcleo interno sólido. Son unas gigantescas bolas de superficie gaseosa (de hidrógeno, helio y metano en algunos casos), por lo que no se puede aterrizar en ella. Además, por ser gaseosa y por la rápida velocidad de rotación, se forman grandes torbellinos o tormentas (por ejemplo, «la gran mancha roja» de Júpiter). Están rodeados por anillos constituidos por partículas de polvo o por hielo. Los más llamativos son los de Saturno. Además, debido a que se encuentran muy alejados del Sol, reciben muy poca luz, por lo que tienen una temperatura superficial muy baja (por debajo de los 0 ºC). Entre los planetas interiores y los exteriores del sistema solar se encuentra situado el cinturón de asteroides. • Plutón, considerado planeta hasta agosto de 2006 y excluido por su pequeño diámetro (2 350 km). Se encuentra situado más allá de la órbita de Neptuno y posee una luna denominada Caronte (Fig. 2.11). Ceres (1 000 km de diámetro), considerado hasta la misma fecha un asteroide situado en el cinturón de asteroides. UB313 (2 400 km de diámetro), cuerpo situado más allá de Plutón. Descubierto en 2003 y bautizado de manera informal como Xena. • D Fig. 2.11 Imagen de Plutón y su luna Caronte. Fig. 2.12 Asteroides. CUERPOS PEQUEÑOS Constituyen la tercera categoría de elementos del Sistema Solar. Son los asteroides, los cometas y los meteoritos. D1 Asteroides Son fragmentos rocosos de tamaño variable (de unos centímetros a varios kilómetros de diámetro), aunque siempre bastante menores a las dimensiones de un planeta (Fig. 2.12). D2 Cometas Son una mezcla de hielo y polvo. Constan de una parte esférica denominada núcleo seguida de otra muy alargada, la cola, que puede llegar a extenderse varios miles de kilómetros. La cola aparece cuando el cometa se aproxima al Sol, debido a que se vaporiza el hielo del núcleo y se libera formando un chorro de gas. Ésta se dispone en sentido contrario al Sol, y al alejarse de él, desaparece (Fig. 2.13). Cometa Órbita del cometa Tierra Órbita terrestre a) b) Sol Mercurio Venus La Tierra Marte Los contenidos se apoyan en imágenes y fotografías que facilitan la interpretación de los mismos, desarrollados con un lenguaje claro y asequible. A lo largo del desarrollo de la unidad didáctica se conjuga de manera equilibrada el texto explicativo, orientado a fomentar la lectura, con la inclusión de numerosos esquemas y tablas, facilitando la esquematización de los contenidos ¿El aire es una sustancia pura o una mezcla? • Sol Urano Saturno 40 Fig. 2.10 Neptuno Júpiter Los planetas del Sistema Solar. (Cortesía: NASA.) Fig. 2.13 Los cometas del sistema solar: a) presentan órbitas elípticas bastante más alargadas que las de los planetas, por lo que tardan muchos años en dar una vuelta completa (el dibujo no guarda proporciones reales); b) imagen del cometa West. 41 5 e) Dureza ANEXOS Y ACTIVIDADES g) Exfoliación y fractura Se trata de la dificultad con la que un mineral se raya. Se trata del tipo de rotura que sufre un mineral al ser sometido a una fuerza superior a la de sus límites de flexibilidad. Decimos que se exfolia si se rompe dando lugar a formas relacionadas con su estructura cristalina, y que se fractura cuando se rompe de forma irregular (Fig. 5.8). Para conocer la dureza de un mineral se recurre a una escala elaborada por Friedrich Mohs en 1822, en la cual se establece la dureza de diez minerales conocidos, que va del mineral más blando (valorado con el número 1) al más duro (valorado con el número 10). a) b) Vemos, por tanto, que en esta escala cada mineral puede rayar a los anteriores, puesto que es más duro que ellos, y, a su vez, es rayado por los posteriores, más duros que él (Tabla 5.2). Fig. 5.8 1. Talco 2. Yeso 3. Calcita 4. Fluorita Situados en el margen del libro tienen como objetivo resaltar aspectos importantes de la materia. a) La galena se exfolia en cubos; b) el cuarzo se fractura. Información adicional 5. Apatito h) Otras propiedades Mineral • Densidad. Como vimos en la Unidad 1, la densidad es la relación entre la masa y el volumen (d = m / v). Cada mineral tiene una densidad característica (ver cuadro al margen). Propiedadesmagnéticas. Si el mineral se comporta como un imán; por ejemplo, la magnetita atrae limaduras de hierro (Fig. 5.9.a). Propiedadeseléctricas. Si conducen o no la electricidad; por ejemplo, el cobre nativo es un buen conductor de la electricidad, por lo que se usa para cables eléctricos. Textura. Por ejemplo, el talco es untuoso al tacto. Propiedades químicas: reactividad (algunos minerales reaccionan con ácidos; por ejemplo, la calcita, que cuando lo hace produce efervescencia por desprendimiento de CO2; Fig. 5.9.b), solubilidad (el yeso y la halita son solubles en agua), sabor (la halita es salada). Luminiscencia. Algunos minerales son capaces de emitir luz de un color característico ante determinados estímulos; por ejemplo, la fluorita emite una luminiscencia verde-amarillenta al ser calentada y violácea si se expone a los rayos ultravioleta. • • 6. Ortosa 7. Cuarzo 8. Topacio 9. Corindón • • 10. Diamante Tabla 5.2. Escala de Mohs. • f) Tenacidad Es la resistencia a la rotura que tiene un mineral. Densidad (g/cm3) Blenda ............................ 3,9-4,2 Galena ............................ 7,2- 7,6 Cinabrio ........................ 8,10 Sepiolita ......................... 2 Yeso ................................ 2,36 Halita .............................. 2,1-2,2 Cuarzo ........................... 2,65 Pirita ............................... 5- 5,2 A lo largo del texto, es posible encontrar elementos tales como Reflexiona, Realiza o Vocabulario. Todos ellos contribuyen a afianzar los contenidos teóricos junto a los que aparecen. Según esta característica podemos diferenciar entre cinco grupos (Tabla 5.3). a) Frágiles, si se rompen con facilidad. 106 Maleables, si es posible transformarlos en láminas. Dúctiles, si se pueden extender en hilos. Flexibles, cuando se doblan sin romperse y, una vez que cesa el estímulo, recuperan la forma original. Plásticos, si, una vez que cesa el estímulo, no recuperan la forma original, quedando permanentemente doblados. Fig. 5.9 a) La magnetita o imán natural es capaz de atraer limaduras de hierro; b) la calcita produce efervescencia por desprendimiento de CO2. (Cortesía: Rafael García.) Tabla 5.3. Clasiﬁcación de los minerales según su tenacidad. 8 b) 107 LECTURAS LECTURAS MEDUSAS, LA PLAGA DEL VERANO Las playas del litoral mediterráneo español fueron visitadas por millones de medusas durante el verano de 2006. La bandera roja ha ondeado en dichas playas, perjudicando a los turistas, que se ven privados del baño, y causando cancelaciones hoteleras al cundir la alarma. En efecto, sólo en la primera semana de agosto se han atendido más de 14 000 picaduras de medusas en las costas catalanas, o sea, un 50 % más que el año anterior en las mismas fechas. Los expertos aconsejan no lavar las picaduras con agua dulce y no frotarlas. Pero, además, esta plaga también afecta al sector pesquero, ya que las medusas son animales depredadores que se alimentan de pequeños peces, como sardinas y arenques, cuyos bancos se reducen a la vez que aumenta el número de medusas. Este fenómeno no es exclusivo del Mediterráneo y se ha detectado también en algunas zonas litorales de Alaska, en el Atlántico Norte, en el mar Negro y en la zona pesquera de Namibia. APRENDER DE LAS ARAÑAS Según J. M. Gili, investigador del Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona (CSIC), una cosa es la proliferación de medusas (1) y otra, la llegada masiva de estos animales a las costas (2). 1) La proliferación de medusas se debe a la sobrepesca. Al ser capturados por el hombre sus depredadores naturales (tortugas, atunes, peces espada, etc.) el número de medusas se incrementa. 2) La llegada masiva de medusas al litoral tiene que ver con el calentamiento global. Las lluvias y el agua aportada por los ríos hacen que el agua costera sea menos salina que la del resto del mar, lo cual supone una barrera que impide la entrada de agua marina cargada de medusas. Al disminuir las lluvias y al embalsarse los ríos tras las presas, el agua de la zona litoral es igual de salina que la del resto del mar, desapareciendo dicha barrera y produciéndose la invasión. Nidoblasto sin activar Ejercicios a) ¿A qué grupo de animales pertenecen las medusas? ¿Cuáles son sus características generales? b) Observa la fotografía de la Figura 8.32 e identifica las partes de una medusa. c) ¿Qué células son responsables de las picaduras? ¿En qué parte de su cuerpo se localizan? ¿Podrías relacionarlas con su alimentación carnívora? d) ¿Por qué las medusas han aumentado tanto últimamente? e) ¿Por qué llegan tantas a las playas? f) ¿Qué repercusiones tiene esta invasión para las personas? Nidoblasto activado Fig. 8.33 Funcionamiento de los cnidoblastos. A pesar de la mala fama que tienen las arañas, últimamente están en el punto de mira de investigaciones relacionadas con el desarrollo de nuevos materiales. Los científicos están muy impresionados por las características de la seda que las arañas utilizan en sus telas, y no es para menos: una fibra de seda es cinco veces más resistente que un filamento de acero del mismo grosor; de hecho, se dice que si llegara a tener el grosor de un lapicero podría detener a un Boeing 747 en pleno vuelo. Además, es un material muy elástico que puede estirarse hasta 20 veces su largo original sin romperse, y es biodegradable. Muy pocos materiales poseen estas cualidades a la vez, y ninguno alcanza los valores de resistencia y elasticidad de la seda de araña; existe una anécdota que justifica la investigación de los hilos de seda: en 1988 explotó un avión de Pan Am cuando volaba sobre Escocia debido a una bomba alojada en una maleta; murieron los 270 pasajeros. Si el compartimento de equipajes hubiera estado recubierto con una tela fabricada a partir de fibras como éstas, se habrían evitado todas esas muertes. posible su utilización en cirugía como hilo de sutura. También podrá destinarse a la fabricación de chalecos antibalas, recubrimiento protector en aviones, redes de pesca biodegradables, etcétera. Textos sobre noticias de actualidad para debatir, reflexionar o investigar, en el que el hilo conductor es la Ciencia integrada. Los esfuerzos realizados para conseguir artificialmente fibras de seda no han tenido éxito de momento. Por otra parte, la cría en cautividad de las arañas tampoco ha sido posible, en parte por su carácter agresivo y territorial, y en parte porque las arañas reciclan constantemente sus telas (se comen las partes viejas y deterioradas para poder fabricar seda con más rapidez). Actualmente, existe otra línea de investigación para la producción de seda basada en la ingeniería genética, que consiste en criar cabras-araña capaces de elaborar dicha seda. Para ello se utiliza una raza especial de cabras, a las que se les inserta el gen responsable de la producción de seda. Las glándulas de la seda son parecidas a las glándulas mamarias, por lo que, insertando el gen en las células de estas últimas, la leche producida contendrá también las proteínas de la seda. Los hilos de seda tendrán en el futuro importantes aplicaciones industriales, militares y médicas. Recientemente, se ha descubierto que la tela de araña tiene propiedades antimicrobianas, lo cual, unido a su extrema resistencia, hará Las arañas utilizan sus telas para atrapar y envolver a sus presas, hacer puertas para sus madrigueras, trasladarse impulsadas por el viento, hacer nidos para sus huevos e, incluso, en especies acuáticas, para crear burbujas de aire. Fig. 8.35 Tela de araña. Ejercicios a) ¿Dónde se localizan las glándulas productoras de seda en las arañas? b) ¿Para qué utilizan estos animales sus telas? c) ¿Qué propiedades de la seda la hacen tan interesante para la industria y para la medicina? ¿Qué significa que sea un material biodegradable? Fig. 8.32 186 1 Medusa. Fig. 8.34 Zonas afectadas por la plaga de medusas. d) ¿Por qué no se pueden criar arañas en granjas, igual que se ha hecho con los gusanos de seda? e) ¿En qué se basan las investigaciones para la producción de seda mediante ingeniería genética? f) ¿Qué aplicaciones futuras tendrá la seda de araña? g) ¿Qué otros invertebrados conoces que sean de utilidad para los seres humanos? 187 ACTIVIDADES FINALES ACTIVIDADES DE REPASO 1 ¿Sería correcto decir que la amistad es una magnitud física? Razona la respuesta. 11 Si sabemos que el hielo flota en el agua (ver Fig. 1.32), indica qué tiene mayor densidad, el agua líquida o el hielo. 17 El dióxido de azufre (SO2) es un compuesto químico contaminante que produce la llamada «lluvia ácida» (Fig. 1.33). Sabemos que su temperatura de fusión es de – 75 ºC y la de ebullición de – 10 ºC. ¿En qué estado se encuentra en condiciones ambientales (suponemos 25 ºC)? 2 Un compañero de clase te dice que en su casa tiene un objeto cuya masa es de 7,5. ¿Detectas algún error en su frase? 3 Indica cuáles son las tres magnitudes fundamentales del Sistema Internacional que vamos a estudiar este curso. No olvides indicar cuáles son sus unidades. Estructuradas por nivel de dificultad, son actividades de repaso, tanto teóricas como prácticas, que facilitan la asimilación de los contenidos propuestos de una forma clara y práctica para el alumno. 4 Calcula la superficie que tiene un cuadrado de 3 m de lado y el volumen de un cubo de 5 m de lado. 5 Si tu madre te dice que debes ahorrar agua, pues habéis gastado 2,5 m3 de agua el mes pasado, ¿cuántos litros de agua gastasteis? 6 Realiza las siguientes transformaciones: a) 90 000 m a km b) 500 cm a m c) 0,5 m a mm d) 0,25 km a m e) 700 mm a m f) 0,75 m a cm g) 20 dm a m h) 0,5 m a dm 7 ¿Es correcto decir que la distancia entre dos asteroides es de 15 500? Razona la respuesta. Fig. 1.32 El hielo ﬂota en el agua líquida. 12 Con los datos de densidad de la Tabla 1.6, indica en qué líquido deberíamos introducir un trozo de hierro macizo para conseguir que flotara. Razona la respuesta. 13 Con los datos de densidad de la Tabla 1.6, indica si un globo lleno del gas helio tiende a ascender en el aire cuando lo sueltas en la calle. 8 Realiza las siguientes transformaciones: a) 450 g a dg b) 1,3 g a cg c) 0,7 g a mg d) e) 21 500 g a kg 253 dg a g f) 1 320 mg a g g) 724 cg a g h) 3,5 kg a g 9 Seguro que habrás oído alguna vez la siguiente pregunta: «¿Qué pesa más, 1 kg de plomo o 1 kg de madera?». ¿Es correcta esta pregunta? Razona la respuesta. 28 10 ¿Sería correcto decir que el aluminio pesa menos que el plomo? Razona la respuesta. 14 ¿Qué tendrá mayor volumen, un cubo macizo de 1 kg de hierro o un cubo macizo de 1 kg de aluminio? Razona la respuesta. 15 Sabiendo que la densidad del hierro es de 7 900 g/L, calcula cuál será el volumen de un bloque de hierro macizo de 20 kg de masa. ¿Qué masa tendrá un bloque macizo de hierro de 4,5 L de volumen? 16 Indica cómo se llaman los siguientes cambios de estado: a) Sólido a líquido b) Gas a líquido c) Sólido a gas d) Líquido a gas e) Gas a sólido f) Líquido a sólido Fig. 1.33 Bosque afectado por la lluvia ácida. 18 Desde un punto de vista científico riguroso, ¿sería correcto decir que el agua de un manantial de alta montaña donde no ha llegado la contaminación es agua químicamente pura? Razona la respuesta. 22 Copia y completa la Tabla 1.11, relativa a los métodos de separación de los componentes de una mezcla: Mezcla 19 En las salinas se obtiene sal común (su nombre científico es cloruro de sodio y su fórmula química es NaCl) del agua del mar. ¿Cuál es el fundamento físico de esta separación? Métodos de separación Heterogénea 20 Explica la diferencia entre elemento químico y compuesto químico. Pon ejemplos. 21 Con la ayuda de plastilina, haz bolitas de diversos tamaños, de modo que las más pequeñas correspondan a átomos de hidrógeno. Utiliza palillos para unir esas bolitas y construye las siguientes moléculas: a) b) c) d) Agua Metano Oxígeno Alcohol etílico Homogénea Tabla 1.11 23 Investiga los principales problemas de salud que puede acarrear un consumo excesivo de sal común. 29 3