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  Olga Lucía Romero MedinaMauricio Bautista Ballén Física  © 2011 EDITORIAL SANTILLANA S.A. Calle 80 No. 9-69Bogotá, Colombia.ISBN 978-958-24-1598-3 Obra completaISBN 978-958-24-1601-0 Edición para el estudianteISBN 978-958-24-1602-7 Edición para el docenteEste libro está elaborado de acuerdo con las normas ICONTEC NTC-4724 y NTC-4725 para textos escolares.Depósito legal en trámite.Impreso en Colombia porProhibida la reproducción total o parcial, el registro o la transmisión por cualquier medio de recuperación de información, sin permiso previo por escrito de la Editorial. HIPERTEXTO FÍSICA 2 Para educación media, es una obra colectiva, concebida, diseñada y creada por el Departamento Editorial de Santillana S.A. Directora de Educativas Ana Julia Mora Torres Directora Editorial Fabiola Nancy Ramírez Sarmiento Autores Mauricio Bautista Ballén Licenciado en matemáticas. Universidad Pedagógica Nacional.Físico. Universidad Nacional de Colombia.Especialista en educación matemática. Universidad Pedagógica Nacional.Estudios de Maestría en docencia de la matemática. Universidad Pedagógica Nacional.ExperienciaProfesor del departamento de matemáticas. Universidad Pedagógica Nacional.Profesor de matemáticas y física. Instituto Pedagógico Nacional. Olga Lucía Romero Medina Licenciatura en física. Universidad Pedagógica Nacional.Especialista en Edumática con énfasis en multimedia. Universidad Autónoma de Colombia.ExperienciaDocente de matemáticas y física. I.E.D. Magdalena Ortega de Nariño.Docente de matemáticas y física. I.E.D. José Félix Restrepo. La persona encargada de avalar este texto desde el punto de vista de la disciplina específica y desde su pedagogía fue Beatriz Bechara Cabrera.  Física. Universidad Nacional de Colombia. Science Instructor. Universidad de Londres.La especialista encargada de avalar este texto desde la equidad de género y de su adecuación a la diversidad cultural fue Doris Gilma Rincón Perilla.  Psicóloga. Corporación Universitaria Iberoamericana.Las pruebas de campo del texto fueron realizadas por el Departamento de Investigación de Editorial Santillana, bajo la dirección de  Ximena Galvis Ortiz. Se han hecho todos los esfuerzos para ubicar a los propietarios de los derechos de autor. Sin embargo, si es necesario hacer alguna rectificación, la editorial está dispuesta a hacer los arreglos necesarios. Equipo editorial Isabel Hernández Ayala.  Coordinadora de contenidos Diana Constanza Salgado Ramírez.  Editora ejecutiva del área de matemáticas Jeinsson Giovanni Gamboa Sulvara.  Editor júnior  Carlos David Sánchez.  Editor júnior  Juan Gabriel Aldana Álvarez.  Asistente editorial del área de matemáticas Equipo gráfico y técnico Iván Merchán Rodríguez. Coordinador creativo/Diseñador del modelo gráfico y carátulas Mauricio García Duque.  Coordinador contenidos digitales Martha Jeanet Pulido Delgado, Orlando Bermúdez Rodríguez. Correctores de estilo Alveiro Javier Bueno Aguirre. Coordinador de soporte técnico Luis Nelson Colmenares Barragán. Documentalista gráfico y operador de escáner  Claudia Marcela Jaime Tapia, Anacelia Blanco Suárez, Lady Midlennis Sánchez Yopazá. Documentalistas Sandra Patricia Acosta Tovar, Hugo Armando Castrillón Toro, César Alfonso Murillo Díaz. Diagramadores Diomedes Guilombo Ramírez, Carlos Alberto Salas García, Carlos Alberto Moreno Díaz, Pablo Leonardo Villafrade, Jhon Jairo Barinas, Francisco Sánchez, Danilo Ramírez Parra. Ilustradores  Tom Brakefield, Jymlii Manzo, Hernán Vallejo, Jairo Sanabria, María Alejandra Caicedo, Carlos Díez Polanco, Mauricio Giraldo. Fotógrafos Getty images, Repositorio Santillana, Corel Professional Photos, Images provided by Photodisc, Inc., Corbis Images, Archivo Santillana, Furita S.L., Novosti, Agencia García Pelayo, S.L., Thinkstock. Fotografía Francisco Rey González. Director de producción  3 © Santillana HIPERTEXTO FÍSICA 2 PRESENTACIÓN DEL MODELO De la serie HIPERTEXTOS SANTILLANA, es una nueva propuesta pedagógica que responde a los lineamientos curriculares y a los estándares básicos de competencias exigidos por el MEN. Tu Hipertexto  te permitirá potenciar tus capacidades de manera que puedas manejar los conocimientos propios de esta área, aproximarte al conocimiento como científico natural y desarrollar compromisos personales y sociales.Estos hipervínculos.Cuando los veas debes saber que cada uno de ellos te indica que, además de lo que hay en la página, vas a encontrar:Un método para que desarrolles destrezas en la comprensión de los contenidos propios de la Física.Unas HIPERPÁGINAS que, a través de infografías e imágenes llamativas, te permitirán establecer relacio-nes entre procesos o descomponer un todo en sus partes para conocerlas en detalle. ¡Tu Hipertexto hace tu aprendizaje más dinámico! Mayor información para ampliar tus conocimientos sobre temas especí-ficos. Además, en algunos casos, te sugiere realizar más actividades para reforzar los conceptos trabajados.Una dirección de Internet para profundizar en un tema.Este enlace te invita a consultar en nues-tra página web la sección de laboratorios. Allí obtendrás el formato para la presen-tación de tu informe de laboratorio. ¿Qué hay en tu hipertexto?Comprender para aprender Para acceder a esta información debes consultar la página: www.santillana.com.co/hipertextos ©Santillana 150 151 ©Santillana La misión Génesis fue encargada de recoger una muestra de viento solar.El Solarand heliosferic observatory  (SOHO) esuna sonda espacial que transmite fotografías y diferentesmedidassolares. CIENCIATECNOLOGÍA Elser humanosiempre ha tenidocuriosidadpor elestudiode los astros. Desde la época de los griegos, pasando  por Galileoy Keppler hasta nuestrosdías,eluniverso hasido untotal misterio.Enla actualidad, la información quese puedeobteneresmayor,debidoal gran número de observatorios terrestres y espaciales que existen. ElestudiodelSolesde importancia en diferentesaspectoscomoconocer elsrcen deluniversoopara ver losriesgosque representaparanuestro planeta.  Los observadores espaciales detectan, principalmente, radiación de longitudes de onda que nollegan a la atmósfera terrestre comoelSOHO,elHessi oelUlysses.Laspartículasemitidaspor elSolen ocasioneschocan con átomosque se encuentran en elespaciogenerandorayosX y rayosgamma. Observatorios que detectan el Sol Losobservatoriossolaresterrestresaparte de obtenerimágenes, también están dotadosde espectrógrafos, que se encargan de descomponerla luz en suscoloresiniciales.La sonda Ulyssesfue utilizada para captarpartículasprovenientesdel Sol.Eje de rotaciónPanelessolaresEspectrómetro solar  Losobservatoriosterrestresse encargan de detectar imágenesque llegan a la superficie de la atmósfera terrestre. Puedendetectar ondaselectromagnéticasenelrangodeluzvisibleyalgunas enlongitudes de onda de radio. Una evaluación que te permitirá veri-ficar tus capacida-des y el aprendizaje de los contenidos de cada unidad.Una presentación o un video que te ayudará a comprender mejor los temas desarrollados.  ENTORNO VIVO        U     N     I     D     A     D 5 1.La carga eléctrica2.Campo eléctrico y potencial eléctrico Temas de la unidad Electrostática Para responder… ■ ¿Quéeslaelectricidad? ■ ¿Quéusostienelaelectricidad? ■ ¿Sabesquéesunacargaeléctrica? Para pensar… ¿Alguna vez has notado quecuando tequitas el saco sientes un suaveruido y si teencuentras en un cuarto oscuro,observas queeseruido provienedelas chispas quesalen detu ropa?¿O queal acercartea un objeto metálico sientesunaligerasacudidaqueatraviesatucuerpo?Asícomoestoocurreenpequeña escala en tu vida diaria,en la naturaleza otros fenómenos similares sedan con mayor ímpetu,por ejemplo,las descargas eléctricas queobser-vamosdurante unatormenta.Estos fenómenos electrostáticos tienen un srcen a nivel microscópico,a partir dela estructura atómica dela materia,cuyas partículas no sepueden ver,pero sí sehacen sentir.Enestaunidadanalizaremoselcomportamientodelacargaenlosdiferentesmateriales,las leyes querigen su acumulación y las querigen la interacción entrelasmismas,losconceptosdediferenciadepotencial,energíapotencialeléctrica y los condensadores. 152 ©Santillana©Santillana  153 154 MANEJOCONOCIMIENTOS PROPIOS DE LAS CIENCIAS NATURALES ©Santillana  155 ©Santillana Componente: Procesos físicos Figura 2. Elámbar electrizado atraepapelitosporquela materia está formada por partículascon carga eléctrica. En la siguiente figura, se representa la composición eléctrica de un cuerpo neutro y un cuerpo cargado. Figura 1.  TalesdeMileto demostró quealfrotar elámbar con la pieldeun animalatraía semillas. 1. La carga eléctrica 1.1 La electricidad En la Grecia clásica seestudió un fenómeno especial: la propiedad quetenían ciertoscuerposdeatraerobjetoslivianosdespuésdehabersido frotadoscon un tejido, inicialmentesecreía queelámbar(resina fósil) era elúnico materialquepresentaba esta propiedad. TalesdeMileto rea-lizó experimentosen loscualesdemostró queelámbar, despuésdeserfrotado con la pieldeun animal, atraía ciertassemillas. Talescreía queelámbar tenía una propiedad vital.Pero en elsiglo XVI, elfísico inglésWilliamGilbert descubrió queotrassustanciastambién podían adquirirla propiedad reseñada. A estassus-tanciaslasdenominósustanciaseléctricasy a la propiedad la denominó electricidad, palabra que deriva del griego elektron (ámbar). Gilbert descubrió queexistían dostiposdecarga: un tipo era la quead-quiría el vidrio, electricidad vítrea, y otra la correspondienteal ámbar y otroscuerpossemejantesa la quedenominó electricidad resinosa.Posteriormente, en 1733, elfísico francésCharlesduFay, estudió lasinteraccionesrepulsivasdela electricidad, y encontró quematerialeselectrizadosdelmismotiposerepelían.Unejemplodematerialesqueserepelensondosvarillasdeplásticofrotadasconpieldeanimal,contrarioa una varilla devidriofrotada con seda y una varilla deplásticofrotada con pieldeanimal, ya queen estecaso lasvarillasseatraen. 1.2 La electrización En muchasocasioneshabrássentido laelectrizaciónen elmomento en quealpeinarte,tucabelloselevantacomosiexistieraunaatracciónhaciaél. También habrássentido un levecorrientazo cuando albajartedeun autotocasunadesusmanijas.Puesbienestefenómenosedenominaelectrización y consisteen elpoderdeatracción queadquieren losobje-tosdespuésdeserfrotados.Elcomportamiento eléctrico deloscuerposestá íntimamenterelacio-nado con la estructura dela materia. Loscuerposestán formadosporentidadesllamadasátomos. En losátomosexisten partículasqueposeen carga positiva (protones), carga negativa (electrones) y otraspartículascuya carga esneutra (neutrones).En general, losátomosposeen igualnúmero deprotonesquedeelec-trones, por lo cual la carga positiva de los primeros secompensa con la negativa delossegundos. Asímismo, elátomo en conjunto, no tienecarga eléctrica neta, por lo tanto, es eléctricamenteneutro.Alsometeruncuerpoaciertasmanipulaciones,comolafrotaciónconunabarradevidrioodeplásticoelectrizador,esecuerpopuedeganarelectronesoperderlos.Estosedebeaquelasbarrasdevidrioodeplásticoseelectrizanalfrotarlas,respectivamente,consedaoconlana.Alfrotarlabarradeplásticoganaelectronesdelalana(aumentandocarganegativa),ylabarradevidriocedeelectronesalaseda(aumentandocargapositiva).Esdecir,eltipodecargaeléctricaqueuncuerpotieneestáenfuncióndequeesecuerpotengamásomenoselectronesqueprotones.         E        J        E        R        C        I        C        I        O Escribe el nombre de dos objetos,que al frotarlos uno con el otro seelectricen.         E        J        E        R        C        I        C        I        O Averiguaquépartedelosátomossepuedeobservar usandoelmicrosco-piocon efectodetúnel. Sepuedeobservarque: ■ Siun cuerpo tienecarga negativa esporqueha ganado electronesdeotroscuerposy, portanto, poseemáselectronesqueprotones. ■ Siun cuerpotiene carga positiva es porque ha cedido electrones a otroscuerposy, portanto, poseemenoselectronesqueprotones. 1.3 Cargas eléctricas Elnorteamericano Benjamín Franklin, quien realizó distintosdescubri-mientosen elcampo dela electricidad, sugirió la existencia deun único tipode carga o fluido eléctrico. Cuando la cantidad de la misma en un cuerpo era superiora lo normal, estepresentaba electricidadpositiva (  ), la adquirida porelvidrio; y cuando la misma era inferiora lo nor-mal,elcuerpotenía electricidadnegativa (  ),laadquiridaporelámbar.La magnitud física quenosindica la cantidad deesa propiedad dela materiasedenomina cargaeléctrica  o, simplemente, carga.Launidad dela carga eléctrica en elSIsedenomina coulomb o culombio susímbolo esC.Franklin propusoquelasfuerzasejercidasentrecuerposelectrizadoseran accionesa distancia, unasdetracción y otrasderepulsión, cuya ocurrencia dependía deltipo deelectrización dedichoscuerpos. En la actualidad, existen dostiposdecarga a lasqueporconvenio, selesdenomina cargaspositivas  (  ) y cargas negativas (  ), y porconvenio, seconsidera como carga eléctrica negativa la que tiene el electrón, mien-trasla carga delprotón seconsidera como positiva.Comoyasabes,todosloscuerposestánformadosporátomos.Enlosáto-mosexisten protones, queposeen carga positiva y electrones, con carga negativa. Los protones y los neutrones (partículassin carga eléctrica) seencuentran en elnúcleo, mientrasqueloselectronesseencuentran en elexteriordelnúcleo. Cada protón (todosiguales) tienen la misma canti-dad de carga eléctrica que un electrón (también iguales entre sí), aunque dediferentesigno.Losátomosposeen elmismo número deprotonesquedeelectrones, porloquelacargapositivadelosprimerossecompensaconlacarganegativadelossegundos. Porestemotivo, un átomo en conjunto, no poseecarga eléctrica neta y sedice que es eléctricamenteneutro.  CuerponeutroCuerpocon carga positivaCuerpocon carga negativa Presenta los temas que vas a trabajar en la unidad. Para pensar… Texto breve de divulgación científica que se relaciona con el tema de la unidad y recoge algunos de los aspectos más importantes que vas a estudiar. Para responder... Las preguntas de esta sección te permitirán fortalecer tu capacidad de interpretar textos relacionados con Física. Al comienzo de cada unidad encontrarás una doble página de apertura con los temas que vas a trabajar, una lectura relacionada con los contenidos y algunas preguntas sobre ella.En las páginas de contenido encontrarás las ideas fundamentales del tema con ejemplos resueltos, que explican el procedimiento que se debe realizar paso a paso.Tu Hipertexto Física 2 está compuesto por ocho unidades y los contenidos están organizados de acuerdo con los componentes de Física. ¿Cómo está organizado tu hipertexto? Páginas inicialesPáginas de contenido Te indica el tipo de estándar o estándares que vas a trabajar en la unidad. En las páginas de contenido también vas a encontrar estas señales: MANEJO CONOCIMIENTOS PROPIOS DE LAS CIENCIAS NATURALES         E        J        E        R        C        I        C        I        O Son preguntas acerca de la teoría o ejercicios que surgen a partir de ella.  HERRAMIENTA MATEMÁTICA Son apuntes matemáticos que te ayudarán a comprender mejor los contenidos. © Santillana 4

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