CIENCIAS
DE LA
NATURALEZA
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es una obra colectiva creada y diseñada en el Departamento Editorial de Ediciones Santillana, bajo la dirección de Alejandra Campos, por el siguiente equipo: Redacción: María Dibarboure Edición: Omar Adi Santos Colaboración en edición: Verónica Pimienta y Mariana Rivero
Saber hacer
La realización artística y gráfica de este libro ha sido efectuada por el equipo de EDICIONES SANTILLANA S.A., integrado por: Coordinadora de arte: Andrea Natero Felipe Diseño y diagramación: Andrea Natero Felipe y Verónica Pimienta Fotografía e ilustraciones: Archivo Santillana y Getty Corrección de estilo: María Lila Ltaif
© 2017, Ediciones Santillana S.A. Juan Manuel Blanes 1132 Montevideo, Uruguay Correo electrónico:
[email protected] www.santillana.com.uy ISBN: 978-9974-92-001-9 Queda hecho el depósito que dispone la ley.
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© Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
Este libro no puede ser reproducido total ni parcialmente en ninguna forma, ni por ningún medio o procedimiento, sea reprográfico, fotocopia, microfilmación, mimeógrafo o cualquier otro sistema mecánico, fotoquímico, electrónico, informático, magnético, electroóptico, etcétera. Cualquier reproducción sin el permiso de la editorial viola derechos reservados, es ilegal y constituye un delito.
Índice Unidad I. La ciencia
8
Unidad II. Lo que es 26
Capítulo 1. Las ciencias y los modelos
10
Los seres vivos y el ambiente
28
¿Qué es esa cosa llamada ciencia?
10
Ambientes acuáticos y terrestres
28
¿Qué es una revolución científica?
11
Poblaciones y comunidades
29
11
¿Qué es un ecosistema?
30
12
El componente biótico
31
Nueva forma de explicar, nuevo modelo
Modelos que causaron revoluciones científicas
Revolución en el universo:
Individuos y especies
32
del modelo geocéntrico de Ptolomeo
La importancia de una definición
33
al modelo heliocéntrico de Galileo Galilei
Cómo se relaciona el componente biótico
34
Revolución en los seres vivos:
Dentro de la especie
34
de las ideas de Lamarck a las ideas de Darwin
13
Entre especies
34
Un modelo a manera de ejemplo: la célula
14
Formas de vincularse
35
Darwin y el origen de las especies
14
Mutualismo
35
En un comienzo…
15
Simbiosis
35
¿Qué caracteriza a un ser vivo?
15
Depredación
35
En la célula está todo
16
Comensalismo
35
Observando células
16
Una célula, muchas células
17
Otras relaciones entre especies
38
17
El crecimiento de las poblaciones
39
Las células y sus funciones
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Capítulo 2.
12
La célula por dentro
18
Organización celular
18
Estructura y función
19
Volvemos a la historia: la construcción del modelo
19
Tema en imágenes: Modelos de células
Tema en imágenes: Relaciones en acción
36
Capítulo 3. Modelo corpuscular de la materia
40
¿Qué es la materia?
40
La historia del modelo corpuscular
de la materia (MCM)
40
procariotas y eucariotas
20
La idea se modifica
41
Ordenando ideas
22
Dialogando con los griegos
41
Átomos, corpúsculos y moléculas
42
23
¿Qué hay entre los corpúsculos?
43
24
43
Construyo ciudadanía: Cuidar el ambiente,
responsabilidad de todos Soy científico: Buscando respuestas
Para pensar
Búsqueda de explicaciones
44
Los estados de la materia
44
Acción de la presión
45
Variación de temperatura
45
Una particularidad: más espacio en estado sólido 45
La ley de conservación de la masa
46
Un ejemplo para comprender
47
3
Índice
63
Fenómenos ondulatorios
48
Las eras geológicas
64
¿Qué son las ondas?
48
Los fósiles
65
48
Los fósiles, «huellas del pasado»
66
La luz y el sonido… fenómenos ondulatorios
49
Los dinosaurios… fósiles famosos
66
El sonido… ¿qué es?
49
Pasos para descubrir un yacimiento
Intensidad, tono y timbre
50
donde pueda haber restos fósiles
67
El eco
50
Sobre dientes de tiburón y estratos plegados
68
¿Cómo se representan?
Los oídos, grandes receptores
51
La luz como onda
52
52
Newton y el espectro luminoso
Un espectro luminoso natural
53
53
Lo que vemos y lo que no
Los objetos y la luz
54
Las sombras
54
Colores reflejados
55
Capítulo 5.
Construyo ciudadanía: Ambientes en problemas Soy científico: Experimentando y analizando
70
Capítulo 7. Energía en los seres vivos
74
El proceso de nutrición
74 74
56
¿Qué es el universo?
56
La fotosíntesis
56
Tema en imágenes:
57
Fotosíntesis: La base de la vida
Buscando los orígenes
69
Unidad III. Lo que pasa 72
El universo
Teorías que conviven
Tipos de nutrición
75 76
Organismos productores y consumidores
78
57
Pirámides de energía
79
El universo y sus orígenes
58
El ciclo de la materia
80
58
Las relaciones tróficas
81
¿Por qué la teoría del Big Bang es por
ahora la mejor explicación? ¿Cómo se leen esas luces?
¿Cómo está constituido el universo?
59
59
Los químicos responden
Un ejemplo: las lagunas Redes tróficas
Nuestro planeta Tierra
60
Una mezcla particular: el aire
El agua líquida lo distingue
60
Una mezcla con componentes gaseosos,
La Tierra mirada desde fuera
60
líquidos y sólidos
La Tierra mirada desde dentro
61
Otros componentes El aire ocupa un lugar y tiene peso
Estudios sísmicos
62
¿Qué es el tiempo geológico?
63
La presión de la atmósfera
63
¿La presión atmosférica vale lo mismo
en cualquier lugar?
Estableciendo una escala
82 83
Capítulo 8.
Capítulo 6.
4
Las grandes etapas de la historia de la Tierra
84 84 85 86 86 86
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Capítulo 4.
¿Por qué no percibimos esa presión? La resistencia del aire
88
El planeta Tierra y sus cambios
102
89
La deriva continental
102
El aire tiende a expandirse
90
Wegener proponía pruebas de la
La densidad
91
«deriva continental»
102
¿Qué se mueve en realidad?
103
Galileo Galilei y su famoso experimento
Capítulo 9.
La tectónica de placas
104
Energía: ¿todo tiene energía?
92
Los bordes de las placas
104
Partiendo de una pregunta
92
Consecuencias del movimiento
105
La energía se manifiesta
92
Evidencias del movimiento
106
Energías cinética y potencial
93
Pasando en limpio
94
La energía de un sistema se conserva
94
94
La energía no se pierde, pero se degrada
La transferencia de energía
95
La energía eólica
96
El aire en movimiento
96
Los combustibles fósiles
97
Construyo ciudadanía: Un problema material: los residuos sólidos Soy científico: Construyendo experiencias
Proyecto de ciencia en la escuela
Capítulo 10.
© Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
Capítulo 11.
87
107 108
111
Proyecto de ciencia en la escuela: Con juguetes pero no jugando
111
La investigación científica
112
El universo también cambia
98
Selección del problema
112
El universo cambia
98
Objetivos y plan de trabajo
112
El universo se está expandiendo
99
Un diseño de investigación para la escuela
113
Datos acerca de las galaxias
100
Proyecto: Con juguetes pero no jugando
114
¿Qué es un físico teórico?
101
Fundamento
114
Problema
114
Objetivos
114
115
Plan de trabajo
Síntesis
120
5
Cómo se organiza el libro
U
D A D I N
I
La ciencia Pienso sobre Los fenómenos y situaciones de la vida real son muy complejos. Para estudiarlos, los científicos simplifican la realidad lo más posible y desarrollan modelos. En otros años has estudiado el modelo corpuscular de la materia. ¿Has trabajado con otros modelos de la ciencia? ¿En esos casos también se ajusta la idea de modelo?
Comprendo sobre... © Santillana S.A. Prohibida su fotocopia. Ley 15.913
Conozco sobre... 1. Las ciencias y los modelos
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En años anteriores has visto lo que significa el conocimiento que la ciencia produce y sus diferencias con el conocimiento cotidiano. El conocimiento científico es el producto de un largo proceso que supone un recorrido en el que se intenta comprender una situación o fenómeno. En la vida cotidiana nos acercamos a esos mismos fenómenos y situaciones de una manera más natural y en muchos casos sin percibir que estamos frente a algún conflicto o problema. Los científicos tienen maneras muy diversas de exponer sus ideas: hipóte sis, teorías, modelos. En todos los casos son construcciones elaboradas, que se expresan afir mativamente pero que siempre serán provisorias, es decir, están sujetas a modificaciones.
La ciencia en imágenes
Me pregunto Si la ciencia se expresa como verdades provisorias, ¿cómo explicamos la expresión de la gente cuando dice «está científicamente comprobado»? Modelo de onda.
Modelo de célula.
Modelo corpuscular de la materia.
Comprendo sobre… Enfoca los temas de la unidad desde una lectura corta que recoge los aspectos más importantes que estudiarás.
7
Autótrofo: del término griego auto, que quiere decir ‘por uno mismo’, y trofos, que significa ‘que se alimenta’. Heterótrofo: hetero significa ‘otro’, ‘diferente’, que se alimenta de otros seres vivos.
Pienso sobre Contiene preguntas problematizadoras relacionadas con el desarrollo de la unidad.
Los oídos, grandes receptores
Energía en los seres vivos
Nuestras orejas son grandes pantallas, y nuestros oídos son los receptores de las ondas sonoras. El mecanismo es tan maravilloso como complejo, ya que el sonido viaja por al aire en forma de vibración y llega a nuestro tímpano. Esta membrana empieza a vibrar y genera, a su vez, el movimiento articulado de tres pequeños huesos: martillo, yunque y estribo. El último mueve la membrana oval. Esta inicia unas ondas en el líquido contenido en el oído interno. Finalmente, las ondas del líquido estimulan las células receptoras, que se encuentran en una zona llamada caracol. Estas neuronas del caracol, al recibir el estímulo, generan un impulso nervioso que es conducido a través del nervio auditivo.
El proceso de nutrición Glosario
Las algas son organismos autótrofos, producen su propio alimento.
Todos los seres vivos requieren energía para cumplir sus funciones, como crecer o reproducirse. Por ejemplo, si te cortas un dedo se forma una cascarita, pero al poco tiempo tu dedo queda como nuevo otra vez. ¿De dónde salió el «material» para reparar tu dedo? Tu organismo utilizó energía y creó nuevas células que usó para reparar la herida. Lo mismo ocurre cuando las partes de tu cuerpo crecen al formarse más tejido. Igual que tú, todos los seres vivos, ya sean plantas, bacterias, hongos o animales, requieren materiales y energía para poder vivir. ¿Cómo los obtienen? Pues, a través de la nutrición. A veces oímos hablar de nutrición y alimentación como si fueran la misma cosa; ¿qué opinas? La nutrición es un conjunto de procesos mediante los cuales los organismos obtienen, transforman, distribuyen y utilizan los nutrientes. También incluye la eliminación de los desechos; todos los seres vivos producen desechos que eliminan en su ambiente.
Oído externo
Conducto auditivo externo
74
Actividades En distintas páginas del libro se te propondrán actividades para abordar la información de diferentes maneras.
Oído interno
Nervio vestibular Nervio auditivo Impulso nervioso
Caracol
Membrana oval
Pabellón auricular
Trompa de Eustaquio
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Tímpano
2
1
Los seres vivos del reino animal tienen nutrición heterótrofa.
Oído medio
Conductos semicirculares
La ciencia en imágenes A través de imágenes se otorgan pistas acerca de los temas a trabajar.
Ondas sonoras
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Si bien todos los seres vivos necesitan y utilizan nutrientes, no los obtienen del mismo modo. Algunos, como las plantas, utilizan nutrientes que ellas mismas producen, y por eso son seres vivos autótrofos. Y están los que, en cambio, obtienen sus nutrientes a partir de otros; son los seres vivos heterótrofos.
Explico La velocidad del sonido depende del medio en el que se propaga y la temperatura del medio. En los sólidos se propaga con más facilidad que en los líquidos, y en estos mejor que en los gases. • ¿Cómo se explica la diferencia de velocidades en los distintos estados? Para escribirlo usa el modelo corpuscular que aprendiste en el bloque de química.
Huesillos
Tipos de nutrición
Glosario En algunas páginas de contenido podrás encontrar un glosario que te ayudará a comprender mejor el texto central.
6
Me pregunto Las preguntas de esta sección te permitirán fortalecer la capacidad de interpretar textos relacionados con las ciencias naturales.
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Páginas de contenido Aquí se desarrollan las ideas fundamentales del tema, acompañadas de fotografías, ilustraciones, gráficos actualizados, esquemas y cuadros.
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Conozco sobre… Presenta los números y nombres de los capítulos que leerás en la unidad.
Modelo planetario.
La vibración producida es transmitida al aire.
Las cuerdas vocales vibran con el aire que la persona expulsa. 3
En el interior del oído hay una membrana, el tímpano, que recibe la vibración del aire. La información es transmitida al cerebro, donde se interpretan los sonidos.
51
Recuadros En las páginas de contenido vas a encontrar información complementaria en forma de recuadros de color. Aportan miradas diferentes acerca del tema que estés estudiando en cada caso.
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Evidencias del movimiento
Construyo ciudadanía
Fenómenos como los terremotos y el vulcanismo nos demuestran que el interior de la Tierra está lejos de permanecer quieto. Se están dando procesos que a veces se manifiestan con mucha evidencia —como los terremotos y los volcanes— y otras veces sin que podamos percibirlos.
Un problema material: los residuos sólidos
El volcán Agung, en Bali, se activó en 2017. Su última erupción había ocurrido en 1963.
El 19 de setiembre de 2017 se registró un terremoto de 7,1 mw en la escala de magnitud del momento en la ciudad de Puebla, México. Afectó gravemente a varios estados mexicanos.
Reviso mi trabajo
Reviso mi trabajo Son actividades que van al final de cada capítulo. Te permitirán hacer un análisis de los contenidos más importantes, así como también organizar tus ideas.
Los tsunamis Los tsunamis son enormes olas generadas principalmente a partir de terremotos localizados en el mar y en algunos casos a partir de erupciones volcánicas o de deslizamientos de tierra submarinos. Las sacudidas provocadas por estos eventos en ocasiones originan grandes olas que arrasan todo lo que encuentran a su llegada a las zonas costeras.
Localización
El cuadro que te presentamos muestra en porcentajes la frecuencia con que ocurren tsunamis en diferentes partes de la Tierra.
Toma un planisferio, ubica las zonas y junto con tus compañeros trata de responder: ¿Qué opinan sobre la frecuencia de tsunamis en las diferentes zonas? ¿Tendrá que ver con la profundidad oceánica?
Cada día nuestras sociedades producen más desechos. Algunos de ellos son sólidos y su tratamiento constituye uno de los desafíos más importantes para la vida en ciudades, pueblos y zonas rurales. Con el aumento del consumo, aumenta la basura que se produce. Surgen muchos desafíos que se tienen que abordar en el presente, porque incidirán directamente en el futuro de las nuevas generaciones. El relleno sanitario aprovecha la basura para rellenar zonas bajas. Los residuos se trituran y se compactan en capas para rellenar un terreno. Luego de 10 años, el espacio puede forestarse, y en 20, usarse como área para recreación o habitación. La recuperación y reutilización de residuos permite volver a usar materiales sin ningún tratamiento o con modificaciones mínimas. Se recuperan los objetos que se emplean con el propósito inicial (como los envases retornables), y se reutilizan los que se usan para algo que no era su destino original (por ejemplo, una goma de auto que se convierte en hamaca).
El reciclado permite obtener materias primas (es decir, sustancias con las cuales se fabricarán productos) a partir de la basura. Se pueden reciclar vidrio, papel, metales, plásticos, etcétera. El compostaje es una forma particular de reciclado. La materia orgánica de los residuos sólidos fermenta y produce un compost que sirve para la agricultura.
Desafíos sobre los que vale la pena pensar: ¿Podemos cambiar nuestra forma de consumo? Se generan montañas de residuos porque consumimos montañas de objetos. ¿Todos ellos son necesarios? ¿Es posible que los envases y las presentaciones de productos lleven menos material? ¿Cómo lograr que la industria sea eficiente y genere menos basura?
%
Costa atlántica
1,6
Mediterráneo
10,1
Golfo de Bengala
0,8
Este de la India
20,3
Oceanía
25,4
Japón-Rusia
18,6
Costa este del Pacífico
8,9
Caribe
13,8
Jardinería con objetos reciclados. Centro de reciclado de plástico en Berlín, Alemania.
¿Cómo se pueden tratar los residuos de manera que buena parte de ellos puedan ser reciclados o reutilizados?
106
107
Construyo ciudadanía En el marco del Programa para convivir mejor desde la escuela, esta sección plantea un trabajo permanente de educación en valores, con especial atención a la convivencia, la protección del ambiente, el pluralismo, la tolerancia y la defensa de la paz.
Tema en imágenes Modelos de células procariotas y eucariotas
Organización de las células Procariotas o eucariotas, todas las células comparten al menos tres características: Tienen una membrana plasmática que aísla el contenido celular del medio externo y controla el paso de sustancias. Contienen el citoplasma, formado por un líquido viscoso y por estructuras y sustancias necesarias para las funciones vitales. Tienen material genético (ADN), en el que se encuentra la información codificada que controla todo el funcionamiento celular.
Los primeros y únicos organismos que habitaron la Tierra durante casi 1.500 millones de años fueron las células procariotas. Hace unos 2.000 millones de años evolucionaron las primeras células eucariotas. Estas estructuras se consideran más complejas debido a su organización y a las funciones que realizan. Las células procariotas son las bacterias y las arqueas, y las eucariotas forman parte de todos los demás grupos de seres vivos.
Tema en imágenes En todas las unidades hay Tema en imágenes, en el que los contenidos están expresados, fundamentalmente, mediante imágenes. Son páginas dobles con un breve texto e imágenes llamativas, que te ayudarán a comprender los temas de una manera distinta, clara y muy amena.
Esquema de célula eucariota animal
Esquema de célula procariota
Pared celular Cápsula
Ribosoma
Todos los animales están formados por células como esta.
Membrana plasmática
Pili
©©Santillana Santillana S.A. S.A. Prohibida Prohibida su su fotocopia. fotocopia.Ley Ley15.913 15.913
Flagelo
©©Santillana Santillana S.A. S.A. Prohibida Prohibida su su fotocopia. fotocopia.Ley Ley15.913 15.913
Nucleoide Esquema de célula eucariota vegetal
Las bacterias están formadas por células procariotas.
Los seres vivos que forman el reino Plantae, más allá de su tamaño, se componen por células vegetales. 21
Soy científico
Soy científico Este es un proyecto para que puedas poner en práctica tus habilidades de investigador, para que desarrolles y afiances tus actitudes y destrezas, y para que ejercites el pensamiento científico.
Buscando respuestas
1. Para pensar y responder «La ciencia está lejos de ser un instrumento de conocimiento perfecto. Simplemente es el mejor que tenemos… Nos invita a aceptar los hechos, aunque no se adapten a nuestras ideas preconcebidas. Nos aconseja tener hipótesis alternativas en la cabeza y ver cuál se adapta mejor a los hechos. Nos insta a un delicado equilibrio entre una apertura sin barreras a las nuevas ideas… nuevas ideas y saber tradicional. La razón por la que la ciencia funciona tan bien es por ese mecanismo incorporado de corrección de errores… la ciencia se autocorrige…» Extraído de Carl Sagan, El mundo y sus demonios, Buenos Aires, Planeta, 1997.
Hazlo así: 1. Coloca la muestra de agua en el portaobjetos. 2. Cúbrela con el cubreobjetos. 3. Ubícala en el microscopio. 4. Intenta localizar.
Reúnete con tus compañeros. Lean el texto y establezcan cuáles son para ustedes las dos o tres ideas más importantes. ¿Pueden dar ejemplos de lo que plantea Sagan?
2. Mirando a través del microscopio En esta ficha te proponemos mirar a través del microscopio. Al observar, seguro que ves líneas y figuras redondeadas. Para quien no es experto y no tiene experiencia en mirar al microscopio, no es fácil decir lo que ve. Son figuras que tienen sentido para quienes entienden sobre el tema. Por esa razón, es bueno disponer de una variedad de imágenes y comparar la que se está viendo con una imagen que ya se sabe lo que es. Te proponemos ver seres vivos unicelulares. Trata de encontrarlos y dibujarlos. ¿Hay vida? Necesitarás: un microscopio un porta- y un cubreobjetos muestra de agua de un florero o cuneta (si no dispones de muestras a mano, deja una lechuga sin limpiar en agua por unos cuantos días) 1. ¿Qué ves? 2. ¿Crees que hay vida? Explica tu respuesta.
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Carl Sagan (1934-1996) durante una presentación en televisión en 1974.
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3. Utilicemos la imaginación A lo largo de la historia los científicos han buscado maneras de imaginar cómo es la materia por dentro. Así, existieron diferentes modelos y diferentes maneras de explicar los mismos fenómenos y hechos. Te invitamos a realizar una experiencia que nos hará pensar sobre esto.
Hazlo así: Introduce un objeto dentro de una caja cerrada. Entrégasela a un compañero y pídele que diga qué le parece que hay dentro y porqué. a. ¿Cuál fue el resultado? b. ¿Qué dificultades se le presentaron para llegar a conocer cuál era el objeto?
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