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El homo Sapiens es sólo una de las muchísimas formas de vida diferentes que pueblan la Tierra, y si es quien domina el planeta. ¿ y a qué se debe esto? En realidad, se debe a su habilidad manual para explorar el medio ambiente y amoldarlo a sus necesidades así el descubrimiento de la energía de la Tierra y del uso que se les podía dar es lo que ha permitido al hombre construir la civilización tecnológica en la que vivimos hoy día.
La energía será siempre necesaria que se realice un trabajo. Por ejemplo, el pasar las paginas de un libro es un trabajo y para llevarlo a cabo hace falta energía. Así, la energía es la capacidad para realizar un trabajo, y se puede pensar en ella como trabajo almacenado.
La energía existe en una serie de formas diferentes y se puede transformar haciéndola pasar de una forma a otra. A veces esto sucede de manera natural (piensa en lo que ocurre en una tormenta), pero además el hombre ha aprendido a hacerla cambiar para obtener su propio beneficio.
La energía mecánica es una forma de energía, que a su vez puede ser potencial o cinética.
A la energía potencial se le llama también “energía almacenada”: si levantamos un libro del suelo y lo ponemos sobre una mesa o una estantería el trabajo que hemos hecho no se ha perdido: ha quedado almacenado en el libro en forma de energía potencial. Esto se debe a la posición del libro, a su altura sobre el suelo. De la misma manera, si damos cuerda a un juguete, estamos almacenando en su mecanismo una energía potencial; en este caso la energía esta almacenada en el juguete por el estado del mismo: el resorte de la rueda está tensado.
Por otra parte, todos los objetos en movimiento poseen lo que llamamos energía cinética: una pluma que se le caiga a un pájaro tiene una mínima cantidad de esta energía cinética, mientras que un ladrillo que se cae de una chimenea tiene una cantidad mucho mayor. De la misma manera, un camión que viaje a una gran velocidad tendrá mucha mas energía cinética que otro que avance despacio.
La cantidad de energía cinética que posee un objeto en movimiento depende de su rapidez (o velocidad) y de su masa (la cantidad de materia que hay en é)l y se puede medir calculando la cantidad de trabajo que hace falta para detener ese objeto en movimiento.
1.4.1 TRABAJO
Sabemos que la energía es la capacidad para realizar trabajo. La energía mecánica es una forma de energía, y puede ser o potencial o cinética. La energía potencial es el trabajo almacenado en un objeto por su posición o por su estado, o por ambos, mientras que la cinética es la energía que poseen todos los objetos en movimiento. La cantidad de energía cinética que posee un objeto en movimiento es igual a la cantidad de trabajo que hace falta para detenerlo.
Nos encontramos con un termino que no hace mas que aparecer: trabajo: es lo que se hace cada vez que un movimiento contra una fuerza que se le opone. El pasar las páginas de un libro, por ejemplo, es trabajo aunque parezca una tontería, hace falta una cierta cantidad de energía para llevarlo a cabo.
Si levantas un libro de la mesa, estás haciendo un trabajo, y si levantas tres, entonces estas haciendo mas trabajo, porque tienes que emplear una fuerza mayor. Existe una formula para averiguar cuanto trabajo se hace cada vez:
Cantidad de trabajo realizado = Fuerza x Distancia recorrida
La fuerza se mide en Newtons (N), la distancia en metros (m) y el trabajo en Julios (J) De hecho, 1 julio es igual a la cantidad de trabajo realizado cuando se mueve una fuerza de 1 newton a lo largo de una distancia de 1 metro.
Supón que un minero utiliza una fuerza de 20 N para hacer avanzar el vagón 5 m. Podemos averiguar así la cantidad de trabajo realizado:
Trabajo realizado = Fuerza x Distancia recorrida = 20 x 5 = 100 J
Cuando una grúa realiza la misma cantidad de trabajo que otra pero en menos tiempo se dice que tiene mas potencia. La potencia se define como el ritmo al que se realiza el trabajo, y la formula par obtenerla es la siguiente:
Potencia = Trabajo realizado / Tiempo empleado
La potencia se mide en watios (W) el trabajo en julios (J) y el tiempo en segundos (s)
Supón que esta grúa levanta una carga una distancia de 8 metros en 3 minutos, utilizando una fuerza de 450 N.
¿Cuánta potencia ha utilizado?
Trabajo realizado = Fuerza x Distancia = 450 x 8 = 3600 J
Potencia = Trabajo realizado / tiempo empleado = 3600/180 = 20 W
Las tormentas, los volcanes, los huracanes, etc., son fenómenos con los que se manifiesta la energía, con los que la naturaleza siempre ha asombrado a la humanidad.
De ellos se ha intentado obtener provecho, utilizando los recursos energéticos que repercuten en nuestro beneficio.
Podemos decir que la energía solar es el origen de todas las demás, ya que el viento, la lluvia, los alimentos, los combustibles, etc., no existirían sin la energía que recibimos del sol.
La energía muscular fue durante mucho tiempo la única utilizada por la humanidad.
En realidad, este tipo de energía procede de la energía química liberado por los alimentos al metabolizarse.
El hombre prehistórico descubre que golpeando dos trozos de pedernal o frotando dos palos, se producía gran cantidad de calor.
Desde la antigüedad se utilizó el agua como medio de transporte de materiales y de personas. El mecanismo que empleo el agua durante muchos años fue la rueda hidráulica.
La energía eólica ha sido la energía que durante mucho tiempo se ha utilizado para el movimiento de embarcaciones o molinos de viento. En la actualidad se utiliza también para la obtención de electricidad.
Con la extracción de carbón y petróleo a partir del siglo XVIII, la gran mayoría de la energía consumida por el hombre se obtiene de los combustibles.
En el siglo XIX, se revolucionó la técnica industrial, con el empleo de la energía eléctrica, aportando muchas ventajas. Hoy en día, esta energía se obtiene principalmente de las energías térmicas e hidroeléctricas. La pila de Volta y la bombilla de Edison marcan periodos de gran relevancia en el uso de electricidad.
En la actualidad se aprovechan energías que parten directamente de los recursos naturales. Estas energías se obtienen fundamentalmente del sol, el vapor natural, el calor interno de la tierra, las mareas, el viento etc.
En el siglo XX, la fisión de núcleos atómicos pesados y la fisión de núcleos pequeños hacen que se libere gran cantidad de energía.
Mediante estos procedimientos se descubre la forma más potente de energía conocida hasta el momento.
En la actualidad nos encontramos en una situación en que las reservas energéticas han disminuido considerablemente y por ello su empleo es limitado.
Al mismo tiempo el desarrollo en el empleo de energías alternativas aun no puede cubrir la demanda actual.
Por ello, hemos de tomar conciencia ante este problema: es necesario economizar al máximo las energías.
Apagando las luces de las habitaciones no ocupadas: en muchas ocasiones dejamos encendidas luces de espacios.
Las calefacciones se apagan en determinados momentos (por las noches) y lugares (centros oficiales, colegios)
Aprovecha las emisiones en grupo y no dejes funcionando la televisión si no la estas utilizando.
Comprueba el estado de conservación de los aparatos: si están bien cuidados, gastan menos. Utiliza electrodomésticos que realmente sean útiles.
Aísla las viviendas para conservar el frío y el calor: Piensa en la cantidad de energía que se pierde en calentar y enfriar las casas por no tener en cuenta estos pequeños detalles.
En esta actividad vas a fabricar un modelo para demostrar la energía potencial y la cinética.
Necesitaras: Un clip, una lata de bebida, una cuenta grande, una banda elástica y un trozo de caña o una varilla de madera de unos 80 mm de longitud:
Preparación de los materiales
Caña o varilla
Mide 50 mm a partir del extremo pon una marca con lápiz, Luego córtala en dos con una sierra, justo por la marca.
Clip
Endereza este doblez
Coloca así la varilla de 50 mm
Dobla el alambre alrededor de la varilla
Enhebra la cuenta en el alambre
Lata de bebida
Taladra un agujero de 5 mm de diámetro en el centro de la base de la lata.
Unión de las distintas piezas
Mete un trozo de la banda elástica dentro de la lata por el agujero de la anilla. Para evitar que se te meta entera, puedes colocar el trozo pequeño de varilla atravesado en el agujero, como en el dibujo.
Con un gancho, tira del otro extremo de la banda elástica hasta sacarla por el agujero de la base.
Sujeta la banda elástica con el gancho del clip, y deja que ésta meta el clip dentro de la lata, de manera que la cuenta quede apoyada contra la base.
Como usar el modelo:
1º Dale al modelo una cierta energía potencial sujetando bien la lata con una mano y dándole 10 vueltas a la varilla de la base con la otra. (A lo mejor tienes que aumentar o disminuir el numero de vueltas, según el grosor y la longitud de la banda elástica.)
¡ No sueltes aun la varilla ¡
Ahora ya has almacenado en tu modelo la energía potencial ( la capacidad para realizar un trabajo) El trabajo que hiciste al dar vueltas a la caña no se ha perdido: gran parte de él se ha convertido en energía potencial, y esta almacenado en la banda elástica. Este es un ejemplo de cómo cambia de forma la energía de tus músculos se ha transformado en otro tipo de energía: energía mecánica almacenada en forma de energía potencial.
2º Ahora coloca con cuidad la lata en el suelo, suéltala, y mira a ver que pasa. (Si no pasa nada, prueba a dar unas cuentas vueltas mas a la varilla. Si sigue sin pasar nada, comprueba a ver si has fabricado el modelo correctamente.
Al soltar el modelo, este ha hecho un trabajo: se ha movido por el suelo. La energía potencial que habías puesto en el se ha ido liberando poco a poco, transformándose en energía cinética: el modelo en movimiento tiene energía cinética.
Cómo lograr un modelo más eficaz
Consigue que avance la distancia máxima posible con una cantidad determinada de energía.
1º Marca una línea de salida
2º Dale una energía potencial a tu modelo (unas 10 vueltas de la varilla, aunque eso depende de la banda elástica)
3º Suelta el modelo desde la línea de salida, mide la distancia que recorre y anótala en un papel.
4º Ya has medido la distancia que ha recorrido el modelo con una cantidad determinada de energía. ¿Qué distancia crees que recorrerá si repites la prueba otra vez? Escribe tu predicción en una tabla como esta:
5º Ahora comprueba tu previsión y escribe los resultados en la tabla.
6º Repite el mismo proceso unas cuantas veces: predice la distancia que recorrerá, y luego comprueba la previsión. Asegúrate de que das al modelo la misma energía potencial todas las veces.
Con esto habrás averiguado que tu modelo resulta difícil hacer una previsión exacta sobre la distancia, puedes hacer una previsión de alcances posibles o de media, basándote en los resultados de la prueba.
Trata de convertir los resultados de tus pruebas en cifras de media y margen de alcance (si quieres puedes dibujar con ellas un gráfico)
El probar algo una sola vez no es un sistema adecuado para probar y evaluar un modelo: cuantas más pruebas hagas, cuantos más estudios y análisis, más exacta será tu evaluación.
1º Piensa en tu modelo.
2º Haz una tabla como esta:
Piensa en como podrías resolver los diversos problemas. Anota en la segunda columna las modificaciones que te gustaría llevar a cabo, y en la tercera por qué quieres realizarlas.
Ahora haz las modificaciones y pruébalas. Lo mejor es probar con una sola modificación cada vez, porque si cambias mas de una cosa al mismo tiempo, no sabrás decir que es lo que sucede: puede que una modificación mejore el modelo y que otra lo empeore.
Calcula el trabajo realizado por esta grúa al levantar una carga una distancia de 8 metros, empleando una fuerza de 50 N.
Estamos ya en el siglo XXI y a nuestro alrededor tenemos una gran variedad de artículos de todo tipo, que nos permiten tener una mejor calidad de vida. Si observas, una gran parte de ellos son de plástico.
Los plásticos son materiales versátiles: Hoy existe una gran variedad de plásticos en el mercado capaces de satisfacer cualquier demanda por exigente que esta sea. Peros quizás sea mejor que tu mismo te sumerjas e investigues en este mundo de los plásticos. (Actividad 1)
Los materiales plásticos necesitan de las materias primas que el planeta Tierra dispone. Al principio de la historia de los plásticos se utilizaban materias primas natural, tanto de origen animal como vegetal. Posteriormente fue el carbón, del que se generaba el alquitrán como residuo en la fabricación del gas ciudad, y ya desde mediados del siglo XX, el petróleo y en menor medida el gas natural, se constituye como la principal materia prima de la fabricación de plástico.
Hoy los plásticos utilizan el petróleo como la principal materia prima. La destilación fraccionada del petróleo separa en fracciones el petróleo (gas, fueloil, naftas, asfalto etc.). La fracción que utilizan los plásticos son la nafta que tiene moléculas de gran tamaño que mediante proceso térmico (Cracking o ruptura), para obtener moléculas mas pequeñas como etileno, propileno, butileno y otros.
El plástico es un material orgánico. Las sustancias orgánicas se caracterizan por estar compuestas principalmente de Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno y Azufre. Estos elementos se unen entre si formando macromoléculas, en caso de proceso sintético se llaman polímeros.
Pero un plástico se compone de: Polímero (macromolecula) + Aditivos
Monómero |
Polímetro |
Aditivo |
Plástico |
Etileno |
Polietileno |
Colorante |
PE comercial |
Propileno |
Polipropileno |
Estabilizante |
PP comercial |
Cloruro de Vinilo |
Poli cloruro vinilo |
Plastificante |
PVC comercial |
Mediante la incorporación de aditivos a los polímeros, podemos modificar las propiedades de estos. Así, un estabilizante previene la degradación motivada por los agentes externos.
Aditivo |
Efecto |
Estabilizante a la luz |
Previene la degradación por la luz UV |
Estabilizante térmico |
Ayudan al plástico a soportar temperaturas |
Colorantes |
Dan color a los objetos de plástico. |
Plastificantes |
Aportan flexibilidad y ayudan en la transformación. |
Refuerzos y cargas |
Abaratan y mejoran las propiedades mecánicas |
Ignifugantes |
Evitan que arda el plástico |
La polimerización de los monómeros para obtener el polímero, puede realizarse por dos vías principales: La ADICIÓN y la CONDENSACIÓN.
En la adición los monómeros se unen formando cadenas sin necesidad de perder nada, en la condensación la unión de los monómeros se realiza perdiendo una molécula, generalmente de agua.
Los tipos más importantes de plásticos que existen son: Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros y Fibras.
Los termoplásticos son un tipo de plásticos que funden por la acción del calor. Por ello pueden moldearse varias veces adquiriendo diferentes formas. A temperatura ambiente pues ser blandos o duros, rígidos o flexibles, es decir presentan variadas propiedades según sea el polemizo. Igualmente pueden ser amorfos (con cadenas dispuestas desordenadamente) o semicristalinos (dispuestas las cadenas con cierto orden interno).
Un termoplástico transparente es en general amorfo.
Los termoestables forman redes espaciales y se moldean adquiriendo forma de manera irreversible, por lo que n ose funden por la acción del calor. Son duros y frágiles y resisten altas temperaturas.
Los elastómeros o cauchos son moldeables según las técnicas de la industria del caucho. Presentan moléculas distribuidas sin orden con bajo entrecruzamiento por ello, a temperatura ambiente presentan un estado gomoso, lo que les confiere elevada elasticidad, si bien al aumentar el grado de entrecruzamiento pueden llegar a ser rígidos.
(Actividad 5)
Cuando juegas con tu primer juguete, tienes tu primer coche, escuchas un disco compacto, trabajas con el ordenador, viajas en tren o simplemente haces tu vida normal, los plásticos están presentes constantemente.
Las industrias de más alta tecnología confían en los plásticos para desarrollar nuevos productos. Y todo esto es porque son:
Las propiedades de los plásticos pueden diseñarse según nuestras necesidades. (Actividad 6)
La baja densidad es una de las propiedades más relevantes de los plásticos. (Actividad 7)
Otras propiedades de los plásticos son su baja conductividad térmica y eléctrica.
Son seguros e higiénicos. (Actividad 8-10)
Además de ser ligeros, los plásticos tiene también propiedades similares a los materiales convencionales, es decir son:
Los plásticos poseen además unas buenas propiedades mecánicas, es frecuente la utilización de estos en piezas y objetos que requieren de buenas propiedades como la dureza o la resistencia. La industria del automóvil es uno de los sectores que as plásticos esta introduciendo. Si observas un coche veras que posee una gran cantidad de piezas de plástico. (Actividad 11)
Desde hace algunos años, los residuos plásticos están en el punto de mira dentro de la problemática medioambiental. Pues bien, los plásticos, materiales de alto valor añadido, pueden ser aprovechados mediante la reutilización.
Son reutilizables (Actividad 12)
Observa e identifica como mínimo diez objetos de tu entorno habitual que creas que están fabricados de plástico, copiando y rellanando la primera columna de la tabla.
De los objetos elegidos en la actividad ¿cuáles crees que se fabricaban anteriormente con otros materiales? Rellena la segunda columna de la tabla.
Luego parece que los plásticos han sustituido a otro materiales. ¿Cuáles crees que pueden ser las razones? Rellena la tercera columna.
2.2 ACTIVIDAD 2
Construyamos un Polímero o Macromolécula. Una caja de clips de diferentes colores es suficiente para poder simular la cadena polimérica. Así cada clip es un monómero. Si los vamos uniendo, formando una cadena, habremos construido un polímero.
Sugiere distintas maneras de construir y explicar un Polimero.
Exponer en grupo y sacar conclusiones.
Un Polímero , puede ser un HOMOPOLIMERO (cuando todos los monómeros son iguales) o también un COPOLIMERO (cuando los monómeros son diferentes)
Construye o sugiere métodos de simular mediante bolas de colores u otros objetos, los siguientes polímeros.
Los objetos relacionados en la tabla de la actividad, están fabricados de plástico. Si los observas, presentas diferentes colores flexibilidad, rigidez, etc. Piensa, si además de polímero base, contienen otros aditivos
Objeto |
Plastificante |
Colorante |
Antiignífugo |
Botella de agua |
|
|
|
Botella de detergente |
|
|
|
Cable de luz |
|
|
|
Impermeable |
|
|
|
Taza |
|
|
|
Botas de lluvia |
|
|
|
De la tabla anterior estudia qué aditivo aparece en mayor proporción. Enumera las conclusiones.
Haz una relación de objetos que estén fabricados por los distintos tipos de plásticos.
Objeto |
Tipo de plástico |
|
Termoplástico |
|
Termoplástico |
|
Termoplástico |
|
Termoestable |
|
Termoestable |
|
Termoestable |
|
Elastómero |
|
Elastómero |
¿Cómo los has diferenciado?
Enumera los criterios que has utilizado
Elige diferentes tipos de objetos que se fabriquen en plástico y en otros materiales (por ejemplo: botellas, tuberías, material deportivo...) y haz un estudio de las diferentes propiedades expuestas, comparando las ventajas e inconvenientes que a tu juicio existen, entre plásticos y los otros materiales. Los resultados recógelos en una tabla y luego discútelos.
Toma dos botellas de la misma capacidad de la misma capacidad y de diferente material, por ejemplo plástico y vidrio, utilizadas en envases de un mismo producto y pésalas en una balanza. Analiza la diferencia de peso. ¿Qué importancia puede tener esta diferencia en cuanto al ahorro energético en el transporte? Puedes hacer una evaluación.
Los plásticos son aislantes eléctricos. Esta característica nos aporta seguridad en la utilización de aparatos. Relaciona 10 objetos en los cuales se usa esta propiedad.
Observaras que cada día se utilizan en mayor medida los plásticos en el envasado y conservación de los alimentos ¿Qué ventajas crees que presentan su utilización? Relaciona al menos 5 de ellas
En los hospitales y en la medicina en general se van utilizando cada día más los plásticos. Relaciona al menos 10 usos de los mismos y cita las ventajas e inconvenientes que creas que tienen.
Haz una relación de al menos 10 piezas de un coche y piensa sobre las ventajas de las mismas en cuanto a propiedades mecánicas, seguridad, economía, diseño, color etc.
Los plásticos son materiales reutilizables. Reflexiona sobre la cantidad de plásticos que se usan en tu casa y cuántos de ellos han sido reutilizados o son tirados al contenedor de envases.
Una primera manera de identificarlos es mediante los CODIGOS identificación que los fabricantes dotan a sus productos con el fin de facilitar la separación de los mismos para su posterior reciclado. Otra manera de identificarlos es mediante ensayos basados en las propiedades que presentan como por ejemplo la flexión. Figura siguiente.
El número que aparece en el interior y las siglas indican el tipo de plástico del que está fabricado el objeto.
Busca al menos 10 objetos de plástico donde aparezcan los códigos de identificaron, indicando el plástico correspondiente.
Fuente del documento: http://iesparearques.net/tecno/Bloques%20de%20Contenidos%20agost%202011/ADAPTACIONES%20TECNOLOGIA.doc
Sitio para visitar: http://iesparearques.net
Autor del texto: Rogelio García Prieto
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