5° Semestre - La energía en los procesos de la vida diaria - Progresiones de Aprendizaje - CNEyT
Una de las ideas más importantes de toda la ciencia es la energía, se utiliza en todas las disciplinas científicas y su aplicación alcanza todos los fenómenos naturales conocidos, así como a los dispositivos construidos por los humanos. Aun cuando la noción de la energía está presente en la vida cotidiana y en los procesos científicos su discusión en los contextos escolares es muy distinto, y para las y los estudiantes es muy complicado conectar las ideas científicas asociadas a la energía con lo que observan en su vida cotidiana. Por ello, como concepto central su comprensión y ampliación de conocimiento puede mantenerse a lo largo de la vida.
Por sorprendente que parezca, el concepto científico de la energía es reciente. A pesar de que durante cientos de años la ciencia ha dedicado esfuerzos para comprender el movimiento de los objetos o el comportamiento termodinámico de los sistemas, fue hasta finales del siglo XIX que la idea de la conservación de la energía se aceptó científicamente. Identificamos la energía como una propiedad cuantificable de los sistemas que están en función del movimiento e interacciones de la materia que los compone y la radiación dentro de estos sistemas. La energía total de los sistemas se conserva, aun cuando al interior de los sistemas la energía se transfiere continuamente de un objeto a otro y entre sus diversas formas posibles.
A escala macroscópica, la energía se manifiesta de múltiples maneras, como en movimiento, sonido, luz y energía térmica. Estas relaciones se entienden mejor a escala microscópica, en la que todas las diferentes manifestaciones de energía pueden modelarse como una combinación de energía asociada con el movimiento de partículas y energía asociada con la configuración (posición relativa de las partículas). En algunos casos, se puede considerar que la energía está almacenada en campos (que median en las interacciones entre partículas). Este último concepto incluye la radiación, un fenómeno en el que la energía almacenada en campos se mueve por el espacio.
En la medida que las y los estudiantes se centran en una pequeña cantidad de conceptos sobre la energía desarrollan una comprensión más sofisticada e integrada a lo largo del tiempo, lo que a su vez les permitirá identificar las relaciones existentes entre fenómenos muy diversos, lo que a su vez les ayuda a dar sentido a los fenómenos que observan en su vida cotidiana.
Debido a que el concepto de la energía está tan inmerso en la vida de las y los estudiantes es muy común que desarrollen un conjunto de ideas sobre este concepto que no necesariamente corresponden con una visión científica, por ejemplo, que asocien que la energía solo está relacionada a los organismos vivos o a manifestaciones de ciertas acciones o dispositivos.
Aplicación disciplinar
Las ideas y conceptos relacionados con la energía, se utiliza en todas las disciplinas científicas y su aplicación alcanza todos los fenómenos naturales conocidos, así como a los dispositivos construidos por los seres humanos.
Progresión de aprendizaje del concepto central “Conservación de la energía y sus interacciones con la materia”
Para Ciencias Naturales, Experimentales y Tecnología, las progresiones de aprendizaje son ideas que permiten la apropiación del concepto central, ordenadas progresivamente (de lo más simple a lo más complejo). Estas ideas se complementan con los conceptos transversales y las prácticas de ciencia e ingeniería, para mayor referencia sobre estas relaciones, así como con los propósitos, contenido científico asociado y prácticas sugeridas.
El propósito de la progresión de aprendizaje es ayudar a las y los estudiantes a apropiarse del concepto central y proporciona al docente una idea clara del nivel de conocimientos que tienen sus estudiantes. A partir de la recuperación de sus ideas previas se puede orientar de mejor forma a las y los estudiantes a alcanzar una mayor comprensión y desarrollo del sentido científico.
Código | Progresión de Aprendizaje |
|---|---|
PA5.1. | Relación entre energía y fuerzas. Cuando dos objetos interactúan, cada uno ejerce una fuerza sobre el otro que puede causar que la energía se transfiera hacia o desde el objeto. |
PA5.2. | El movimiento de un objeto está determinado por la suma de las fuerzas que actúan sobre él; si la fuerza total sobre el objeto no es cero, su estado de movimiento cambiará. Cuanto mayor sea la masa del objeto, mayor será la fuerza requerida para lograr el mismo cambio de estado de movimiento. Para cualquier objeto dado, una fuerza mayor provoca un cambio mayor en el estado de movimiento. |
PA5.3. | El momento lineal se define para un marco de referencia particular como la masa por la velocidad del objeto. En cualquier sistema, el momento lineal total siempre se conserva. |
PA5.4. | La segunda ley de Newton predice con precisión los cambios en el movimiento de los objetos macroscópicos. |
PA5.5. | Cuando dos objetos o sistemas interactúan, sus momentos lineales pueden cambiar. La suma de los momentos lineales de ambos sistemas es la misma antes y después de la interacción. |
PA5.6. | La radiación electromagnética se puede modelar como una onda de campos eléctricos y magnéticos cambiantes o como partículas llamadas fotones. Ambos modelos permiten explicar las interacciones de la radiación con la materia. |
PA5.7. | La ley de gravitación universal de Newton y la ley de Coulomb proporcionan los modelos matemáticos para describir y predecir los efectos de las fuerzas gravitatorias y electrostáticas entre objetos distantes. |
PA5.8. | La energía no se crea ni se destruye, solo se mueve entre un lugar y otro, así como entre objetos y/o campos, o entre sistemas. |
PA5.9. | Las fuerzas a distancia se explican por campos que se encuentran en el espacio y que pueden transferir energía a través del mismo. Los imanes o las corrientes eléctricas generan campos magnéticos; las cargas eléctricas o los campos magnéticos cambiantes producen campos eléctricos. |
PA5.10. | Las fuerzas eléctricas y magnéticas (electromagnéticas) pueden ser atractivas o repulsivas, y sus tamaños dependen de las magnitudes de las cargas, corrientes o fuerzas magnéticas involucradas y de las distancias entre los objetos que interactúan. |
PA5.11. | Cuando dos objetos que interactúan a través de un campo cambian de posición relativa, la energía almacenada ene le campo cambio. |
PA5.12. | “Energía eléctrica”, puede significar energía almacenada en una batería o energía transmitida por corrientes eléctricas. |
PA5.13. | La energía se puede transferir de un lugar a otro mediante, corrientes eléctricas, que luego se pueden usar para producir movimiento, sonido, luz o calor. Las corrientes pueden haberse producido al principio transformando la energía del movimiento en energía eléctrica. |
PA5.14. | Como resultado de reacciones químicas, la energía se transfiere de un sistema de moléculas en interacción a otro. La respiración celular es un proceso químico en el que se rompen los enlaces de las moléculas de oxígeno y se forman nuevos compuestos que pueden transportar energía a los músculos. La respiración celular también libera la energía necesaria para mantener la temperatura corporal a pesar de la continua transferencia de energía al entorno circundante. |
PA5.15. | Todos los procesos de la Tierra son el resultado del flujo de energía y el ciclo de la materia dentro y entre los sistemas del planeta. La energía del Sol es la principal fuente de la energía que sustenta las condiciones y procesos físicos, químicos y biológicos de la Tierra. |
PA5.16. | El movimiento de las placas tectónicas forma parte de los ciclos de convección del manto terrestre. Los movimientos del manto, y de las placas tectónicas, ocurren principalmente a través de la convección térmica que produce el movimiento de la materia debido al flujo de energía hacia el exterior, desde el interior de la Tierra y hacia el interior, por el movimiento gravitacional de los materiales más densos. |
Cuadro 1. Uso de los conceptos transversales y las prácticas en la apropiación del concepto central “La energía en los procesos de la vida diaria”
CT1 - Patrones | CT2 - Causa y efecto | CT3 - Medición | CT4 - Sistemas (modelos de sistemas) | CT5 - Flujos y ciclos de la materia y la energía | CT6 - Estructura y función | CT7 - Estabilidad y cambio | Prácticas |
Los patrones de movimiento pueden entenderse en términos de transformación de la energía. Por ejemplo, entre el movimiento y una o más formas de energía almacenada. | Cuando los objetos chocan o entran en contacto, la energía de movimiento de un objeto se puede transferir al otro objeto para cambiar su movimiento o la energía almacenada. | La representación de las fuerzas puede hacerse mediante vectores que cuentan con los datos de dirección y magnitud. Las unidades asociadas a la velocidad, aceleración y fuerza también intervienen en este concepto transversal. | Las fuerzas de contacto entre los objetos que entran en contacto se pueden modelar a nivel macroscópico debido a los campos de fuerza electromagnética s entre las partículas de la superficie. | Existen subestructuras en la célula cuya función es romper enlaces químicos para generar energía y mantener funciones vitales de los organismos. El cambio en la energía almacenada en un sistema de átomos, siempre se equilibra con un cambio en la energía cinética total: la de las moléculas presenten después del proceso en comparación con la energía cinética de las moléculas presentes antes. | Conocer las subestructuras de los objetos que colisionan junto con sus cargas eléctricas nos ayuda a entender las deformaciones que pueden sufrir gracias a las fuerzas que hay entre dos objetos cuando colisionan. | El cambio de movimiento entre objetos en un sistema nos ayuda a predecir la estabilidad de éste, es decir, el cambio de movimientos nos indica si un sistema es estable o no. También en sistemas que carecen de entradas de energía observamos cambios hasta obtener una configuración estable. | Las y los estudiantes realizarán a lo largo del curso prácticas relacionadas con las reacciones químicas y la conservación de la materia en la Las y los estudiantes realizarán a lo largo del curso prácticas relacionadas con la energía en los procesos de la vida diaria, lo que les permitirán también desarrollar las habilidades de hacer preguntas, utilizar modelos, obtener, analizar e interpretar datos, usar su pensamiento matemáticos, así como evaluar y comunicar información. de nuevas sustancias, lo que les permitirán también desarrollar las habilidades de hacer preguntas, utilizar modelos, obtener, analizar e interpretar datos, usar su pensamiento matemáticos, así como evaluar y comunicar información. |