viernes, 26 de febrero de 2021

SEC2-MAT-26FEB

 

MATEMÁTICAS - SECUNDARIA 2

Proporcionalidad inversa y sus representaciones

(VIERNES 26 FEBRERO)


ACTIVIDAD:

Ahora que ya conoces más sobre las propiedades de la proporcionalidad inversa, resuelve el siguiente problema.

 

El producto de dos números es 24. ¿Cuáles son los valores que pueden tomar estos números?

 

Si se elabora la gráfica de cada pareja de los números obtenidos, ¿la gráfica es creciente o decreciente?

 

Argumenta tu respuesta.

 

Analiza la situación y escribe en tu cuaderno un breve procedimiento sobre cómo resolverlo.

 

Para resolver este problema se deben formar parejas de números cuyo producto siempre sea 24, es decir, el 24 es un valor constante y representa el valor de la constante de proporcionalidad.

 


RESUMEN:

Para iniciar, es importante que realices un ejercicio de concentración y memoria.

 

Cierra los ojos y reflexiona sobre todo lo que has aprendido acerca de la proporcionalidad inversa. Puedes apoyarte respondiendo las siguientes preguntas:

 

  • ¿Qué es la proporcionalidad inversa?
  • ¿Cómo es la gráfica de una proporcionalidad inversa?
  • ¿Cuál es la expresión algebraica que permite saber el valor de la constante de proporcionalidad inversa?
  • ¿Cuál es la expresión algebraica que permite calcular los valores de la variable independiente y de la variable dependiente?

 

La proporcionalidad inversa es la relación que existe entre los valores de dos magnitudes tales que, si al multiplicar el valor de una de ellas por cualquier número, su valor correspondiente de la otra magnitud queda dividido por el mismo número y viceversa. Es decir, si un valor de una magnitud es dividido por un número, el valor correspondiente de la otra magnitud es multiplicado por el mismo número.

 

Por ejemplo, en la siguiente tabla se puede observar que al multiplicar el primer valor de la magnitud (largo) por el número 2, se obtiene como resultado 2. Entonces, ¿qué operación se debe realizar al primer valor de la magnitud (ancho) para comprobar que es inversamente proporcional a su valor correspondiente?

 

 

Habrá que dividirlo entre 2. Así se comprueba que las magnitudes de la tabla son inversamente proporcionales.

 

La gráfica que define una proporcionalidad inversa está representada en el plano cartesiano por una hipérbola. Observa el ejemplo.

 

 

En la gráfica puedes ver, para el mismo ejemplo, cómo a medida que aumentan sus valores en el eje “x”, sus valores en el eje “y” disminuyen. También se observa el caso inverso: a medida que los valores en el eje “y” aumentan, los valores en el eje “x” disminuyen. La gráfica que representa una situación de proporcionalidad inversa es una curva llamada hipérbola.

 

Por otra parte, en una relación de proporcionalidad inversa, la constante de proporcionalidad se representa con la expresión algebraica:

 

 

Es decir, “k” es el producto de cada pareja de valores correspondientes de ambas magnitudes “x” y “y”, y el resultado siempre será el mismo, en otras palabras, es constante. Observa el siguiente ejemplo.

 

 

Para saber cómo calcular los valores faltantes en una proporcionalidad inversa, se puede utilizar la expresión algebraica que determina la constante de proporcionalidad y despejar “x” o “y”, según las necesidades del problema.

 

Para calcular la constante de proporcionalidad “k”:

 

 

Para calcular la variable “y”:

 

 

Para calcular la variable “x”:

 

 

Hasta este momento, has recapitulado todo lo necesario para poder resolver problemas de proporcionalidad inversa. Así que manos a la obra. Analiza y resuelve la siguiente situación.

 

Situación-problema: velocidad-tiempo de un auto

 

Se quiere saber los diferentes tiempos y las diferentes velocidades a las que un auto debe circular para recorrer una distancia fija de 50 kilómetros.

 

Observa y analiza la tabla. Calcula los valores faltantes de la variable dependiente y de la variable independiente. También elabora una gráfica que represente la situación.

 

 

En la tabla se puede observar que faltan valores para el tiempo, es decir, la variable independiente “x”. También faltan valores para la velocidad, es decir, la variable dependiente “y”. Para calcular los valores faltantes se puede hacer uso de las expresiones algebraicas anteriores. Realiza los cálculos.

 

Es conveniente definir cuál es la expresión algebraica para calcular el tiempo y cuál es la expresión algebraica para calcular la velocidad. Toma un momento para pensar y decidir.

 

Seguramente identificaste que, para calcular el tiempo o la velocidad, se necesita el valor de “k”, es decir, de la constante de proporcionalidad inversa. ¿Ya sabes cuál es su valor?

 

Es 50, porque el problema dice que el auto deberá recorrer una distancia fija, además, en la tabla se puede comprobar que al multiplicar las parejas de valores correspondientes que están completas, el resultado es 50

 

 

Ya cuentas con los datos para realizar los cálculos.

 

El primer valor para calcular corresponde al tiempo cuando la velocidad es 2 negativo, por lo que se puede usar la expresión algebraica:

 

 

Es decir, el tiempo es igual a la constante de proporcionalidad inversa entre la velocidad. Se sustituyen los valores

 

 

El resultado es 25 negativo y se registra en la tabla.

 

Ahora se calcula el valor correspondiente a la velocidad cuando el tiempo es 10 negativo. Se usa la expresión algebraica:

 

 

Es decir, la velocidad es igual a la constante de proporcionalidad inversa entre el tiempo. Se sustituyen los valores y la velocidad es igual a 50 entre 10 negativo.

 

 

El resultado es 5 negativo.

 

Después se aplica el mismo procedimiento para calcular el valor correspondiente a la velocidad cuando el tiempo es 2 negativo. Se sustituyen valores y se resuelven las operaciones:

 

 

El resultado es 25 negativo.

 

Para calcular el valor correspondiente al tiempo cuando la velocidad es 50 negativo, se sustituyen los valores y se realizan los cálculos

 

 

El resultado es 1 negativo cuando la velocidad es 50 negativo.

 

Se ha calculado una parte de los datos, pero ¿habrá alguna otra forma de saber los valores faltantes sin realizar todo ese procedimiento?

 

Otra forma de conocer los valores faltantes es a través de la constante de proporcionalidad inversa. Se sabe que, si se multiplican los valores correspondientes del tiempo y la velocidad, el resultado siempre debe ser 50. Entonces, para calcular los valores que faltan, se puede hacer mentalmente, buscando un número que, multiplicado por el valor conocido, dé como resultado 50. Continúa con los datos faltantes.

 

De acuerdo con la tabla, el tiempo vale 1, entonces, para calcular la velocidad en ese momento, se determina un número que multiplicado por 1 dé como resultado 50. El resultado es 50. Para calcular la velocidad cuando el tiempo es 5, se determina un número que multiplicado por 5 sea 50. El número es 10. El valor del tiempo cuando la velocidad es 5, es 10. El valor del tiempo cuando la velocidad es 2, es 25.

 

 

Aún nos falta calcular el valor de la velocidad cuando el tiempo es cero. Se puede aplicar la fórmula o determinar un número que multiplicado por cero sea 50

 

Toma unos instantes para hacer los cálculos y reflexiona:

 

¿Cuál fue el resultado?

¿Realmente “x”, es decir, el tiempo puede valer cero?, ¿por qué?

¿Qué significa que el tiempo valga cero?

¿Son necesarios los números negativos en el contexto de este problema?, ¿por qué?

 

Piensa unos instantes para responder cada una de estas preguntas.

 

Ya sea que hayas dividido 50 entre cero a mano, en calculadora, en el celular u hoja de cálculo, no fue posible determinar un resultado; lo mismo pasa si intentas buscar un número que multiplicado por cero de como resultado 50. Simplemente no es posible calcular el resultado, esto se debe a que la división por cero no está definida y no es posible interpretarla a través de la aritmética.

 

Entonces ¿realmente “x”, es decir, el tiempo, puede valer cero? Después de haber realizado los cálculos, la respuesta lógica es no, pero ¿qué significa que el tiempo valga cero? Una interpretación es que no se requiere tiempo para recorrer esa distancia y eso es imposible físicamente.

 

Por último, ¿realmente son necesarios los números negativos en este problema?, ¿por qué? La respuesta es no, porque en el contexto de este problema no existen velocidades ni tiempos negativos. Por ejemplo, no existe un auto que viaje a -30 kilómetros por hora, o que tarde en llegar a alguna parte -2 horas negativas. Analizar el contexto de un problema permite tomar decisiones sobre los datos a utilizar para su resolución.

 

Observa cómo queda la tabla:

 

 

Es momento de elaborar la gráfica. Y con la información anterior, te puedes dar cuenta de que no es necesario utilizar los valores negativos, porque el contexto del problema limita su uso.

 

Lo primero será trazar el cuadrante del plano cartesiano; después, escribir los valores de la variable independiente tiempo y de la variable dependiente velocidad; determinando la escala en cada eje, en este caso de 5 en 5 para el eje “y” y de 2 en 2 para el eje “x”

 

Después se marca con un punto dónde se ubica en el plano cartesiano cada pareja de valores correspondientes. Una vez marcados todos, se traza la línea que define la gráfica. Queda de la siguiente manera:

 

 

Ahora, ¿qué se puede decir acerca de la gráfica?

 

Se puede ver que a mayor tiempo, menor velocidad y viceversa.

 

Finalmente, reflexiona:

 

¿Qué pasa con el cero?

En el recorrido de la línea, ¿en algún momento pasa por el cero?

¿A qué se supone que se deba?

 

Toma un momento para pensarlo, y en tu cuaderno escribe una conclusión al respecto.

 

Ahora fortalecerás lo que has aprendido sobre gráficas haciendo la interpretación y comparación de un par de ellas.

 

Las siguientes gráficas y expresiones algebraicas representan la proporcionalidad inversa. Analízalas y encuentra puntos en común o de diferencia.

 

 

Se pueden ver dos gráficas que tienen los mismos valores en el eje “x” y en el eje “y”. También que en ambas aparecen líneas curvas que definen la gráfica, las cuales, se sabe, se llaman hipérbolas. Otra cosa que se nota es una expresión algebraica en cada gráfica, que como seguramente ya identificaste, se trata de la expresión que permite calcular los valores de la variable dependiente. En el denominador aparece “x”, es decir, los valores que puede tomar la variable independiente, mientras que en el numerador aparece el número 1. Pero en una expresión el número 1 es positivo y en la otra es negativo.

 

¿Qué valor representan el 1 y 1 negativo en cada expresión algebraica?

¿Cómo influye en la gráfica el signo que pueda tomar la constante de proporcionalidad inversa?

¿Qué tiene que ver el cero con todo esto?

 

Para responder estas preguntas, analiza los siguientes ejemplos.

 

Para responder la primera pregunta, se necesita comparar las expresiones algebraicas que aparecen en las gráficas con la expresión algebraica que se usa para calcular los valores que puede tomar la variable dependiente, es decir, “y”.

 

 

Como puedes observar, el número 1 y el 1 negativo se encuentran situados en el mismo lugar donde aparece la letra “k”. En otras palabras, el numerador; en esa forma de la expresión algebraica de la proporcionalidad inversa, siempre será el valor que representa la constante de proporcionalidad inversa.

 

Para responder la segunda pregunta: ¿cómo influye en la gráfica el signo que pueda tomar la constante de proporcionalidad inversa?, es necesario analizar varias gráficas simultáneamente, en donde la constante de proporcionalidad inversa represente valores negativos y positivos. Observa los ejemplos.

 

 

Hay seis gráficas de funciones de proporcionalidad inversa, tres de ellas con constante de proporcionalidad negativa y otras tres con constante de proporcionalidad positiva. ¿Qué puedes decir sobre el lugar que ocupan las líneas en cada gráfica y cómo se relaciona con el signo de la constante de proporcionalidad?

 

Cuando la constante de proporcionalidad inversa tiene valores negativos, la línea que define la gráfica siempre se encontrará en la parte superior izquierda si los valores de “x” son negativos, y en la parte inferior derecha si los valores de “x” son positivos; es decir, en los cuadrantes dos y cuatro de un plano cartesiano, respectivamente.

 

Por otro lado, cuando la constante de proporcionalidad inversa tiene valores positivos, la línea que define la gráfica siempre se encontrará en la parte superior derecha si los valores de “x” son positivos, y en la parte inferior izquierda si los valores de “x” son negativos. Es decir, en los cuadrantes uno y tres de un plano cartesiano.

 

Para responder la pregunta: ¿qué tiene que ver el cero con todo esto? Se sabe que, en las gráficas de proporcionalidad inversa, la línea que las define no pasa nunca por el cero, entonces, el cero será el punto de referencia y de partida para el análisis.

 

Las gráficas de proporcionalidad inversa pueden crecer o decrecer y que esto suceda depende directamente del signo de la constante de proporcionalidad.

 

Si la constante de proporcionalidad es menor que cero (negativo), entonces la gráfica es creciente. Pero ¿esto qué quiere decir? Que una gráfica de proporcionalidad inversa sea creciente significa que al aumentar la variable independiente “x”, aumenta también la variable dependiente “y”

 

 

Por otro lado, en una relación de proporcionalidad inversa, siempre que la constante de proporcionalidad sea mayor que cero (positivo), la gráfica siempre será decreciente, entonces, al aumentar la variable independiente “x”, la variable dependiente “y” disminuirá.

 

 

Hasta ahora, has resuelto problemas que involucran funciones de proporcionalidad inversa, también has analizado algunas de sus propiedades. Por lo tanto, se puede concluir que:

 

  • En una relación de proporcionalidad inversa, su gráfica es creciente si la constante de proporcionalidad es menor que cero o negativa, y es decreciente si la constante de proporcionalidad es mayor que cero o positiva.

 

  • La gráfica de una proporcionalidad inversa es creciente o decreciente a través del lugar en donde la línea que define la gráfica se ubique. Si la línea se ubica en los cuadrantes 1 y 3, la gráfica es decreciente, y si se ubica en los cuadrantes 2 y 4, la gráfica es creciente.

 

  • La línea que define la gráfica de una relación de proporcionalidad inversa puede estar muy cerca del cero, pero jamás pasará por él.

 

Has finalizado esta sesión, dedicada al análisis de las propiedades de la proporcionalidad inversa a través de la resolución de problemas.

 

Recuerda que este es un material de apoyo, y para complementar lo estudiado puedes consultar otras fuentes, como tu libro de texto de Matemáticas de segundo grado.

SEC2-CIE-26FEB

 

CIENCIAS - SECUNDARIA 2

¿Conoces el Sistema Solar?

(VIERNES 26 FEBRERO)


ACTIVIDAD:

Realiza una cronología de cómo fue cambiando el concepto de sistema solar, considerando las aportaciones de cada astrónomo y físico que contribuyo a descubrir lo que hoy conocemos.


RESUMEN:

Inicia con la siguiente pregunta:

 

¿Conoces el sistema solar?

 

Actualmente se habla de 8 planetas, pero hace muchos años, cuando tus padres eran estudiantes, se decía que el sistema solar lo conformaban 9 planetas. Sin embargo, esta clasificación cambio en el año 2006, ya que la Unión Astronómica Internacional determinó que Plutón no tenía la masa suficiente para ser considerado un planeta, por lo que se le dio la clasificación de planeta enano.

 

Observa el siguiente video para descubrir más cosas sorprendentes del sistema solar.

 

  • El sistema solar.

https://www.youtube.com/watch?v=5S6yGtsDMrE

 

Cómo pudiste observar, nuestro sistema solar está formado por los siguientes planetas:

 

  • Mercurio
  • Venus
  • Tierra
  • Marte
  • Júpiter
  • Saturno
  • Urano 
  • Neptuno

 

A los planetas se les puede clasificar por su composición y por su distancia al Sol. Considerando la composición de cada planeta, se tienen dos clasificaciones: planetas rocosos y planetas gaseosos.

 

Los planetas rocosos, también llamados telúricos o terrestres, están formados principalmente por materiales rocosos y metálicos, y con un tamaño relativamente similar. Mercurio, Venus, Tierra y Marte pertenecen a esta clasificación.

 

Por otro lado, los planetas gaseosos se caracterizan por sus atmósferas densas, rápidos movimientos de rotación, campos magnéticos intensos, por contar con sistemas de anillos y con muchos satélites orbitando a su alrededor. Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno cumplen con estas características, por lo que se les clasifica como planetas gaseosos.

 

Según su distancia al Sol los planetas se clasifican en interiores y exteriores. Los planetas interiores son los que se encuentran entre el Sol y el cinturón de asteroides. Mercurio, Venus, Tierra y Marte pertenecen a esta clasificación. Los planetas exteriores son los que se encuentran después del cinturón de asteroides. Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno pertenecen a esta clasificación de planetas.

 

Curiosamente, todos los planetas interiores como Mercurio, Venus, Tierra, y Marte, también son planetas rocos, mientras que los exteriores como Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno, son planetas gaseosos.

 

Ahora que conoces más sobre los planetas, es hora de que descubras lo que es el sistema solar. Hasta donde se puede inferir, recibe su nombre a partir del sol y los cuerpos celestes que giran a su alrededor, pero también se puede entender como un sistema planetario que se compone de una estrella central y uno o más planetas que giran a su alrededor.

 

Si embargo, no siempre fue de esta forma, antes de llegar a eso, las observaciones que se hacían en diferentes partes del mundo y dentro de las diferentes culturas que miraban hacia el cielo, se creía que la tierra era el centro del universo, a esto se le conoce como la teoría geocéntrica o geocentrismo, e incluso no se utilizaba el termino de sistema solar, ya que en esta teoría ponían a la tierra como el centro del universo y eran el Sol y el resto de los planetas los que giraban alrededor de la Tierra.

 

Esta teoría la postuló Claudio Ptolomeo en el siglo II de nuestra era. El modelo de Ptolomeo estuvo en vigor hasta el siglo XVI, ya que poco después apareció el famoso Nicolás Copérnico.

 

Los trabajos de observación astronómica que hizo Copérnico lo llevaron a concluir que el Sol se encontraba en el centro del universo y la Tierra, que giraba una vez en torno a su eje, completaba cada año una vuelta alrededor de él. Además, afirmaba que el resto de los planetas conocidos hasta ese entonces, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, también giraban en torno al Sol.

 

Al ser nueva la teoría que planteaban, no fue bien recibida de momento. Casi medio siglo después de que Copérnico publicara su teoría heliocéntrica, Galileo Galilei fabricó el telescopio; y con sus observaciones contribuyó a lo dicho por Copérnico.

 

Incluso, hay una leyenda de Galileo Galilei, donde menciona una frase en el momento que le piden que se retracte de su apoyo a la teoría:

 

“Y sin embargo se mueve”.

 

Giuseppe Baretti, un escritor y crítico de la ilustración italiana, afirmó que, después de la abjuración, Galileo dijo la famosa frase, pero es poco probable que Galileo pronunciara esa famosa frase en ese momento, ya que no se encontraba en situación de libertad y sin duda era desafiante hacerlo ante el tribunal de cardenales de la Inquisición.

 

Para conocer otros elementos del sistema solar, observa el siguiente video del minuto 3:04 al 5:40.

 

  • Las leyes de Kepler.

https://www.youtube.com/watch?v=pJZox-Wo2og&t=52s

 

El estudio del sistema solar ha cambiado en diferentes etapas del tiempo. Y cada uno de los astrónomos que has conocido en esta sesión, aporta elementos nuevos. Estas teorías se van nutriendo, con el tiempo y con observaciones.

 

Gracias a la fuerza de gravitación universal, es posible que los planetas giren alrededor del sol, con una órbita elíptica como mencionó Kepler. Esta fuerza tiene que ver con la masa de los cuerpos y la distancia a la que se encuentran uno del otro, por lo tanto, es importante considerar este descubrimiento de Newton. Hoy en día, se puede afirmar que el sol es más grande que cualquier planeta de nuestro sistema solar; en otras palabras, la masa del sol es incluso más grande que la masa junta de los 8 planetas juntos, por lo tanto, ejerce una gran fuerza de atracción.

 

Por la forma en que se mueven los planetas en orbitas elípticas y la aceleración que llevan al moverse, éstos desarrollan una forma esférica.

 

Entre los planetas y el sol hay elementos que se van a encontrar en el sistema solar, pero la diferencia es que acorde a las características de cada uno, se encontrarán con mayor abundancia.

 

Si se habla del sol, encontrarás que está compuesto principalmente de hidrogeno y helio, pero abundara en un 73% el hidrógeno en su composición.

 

Ahora, si se habla de los planetas rocosos, encontrarás que Mercurio tiene una composición de hierro entre un 65% a 70%, y esto lo convierte en el planeta con más hierro del sistema solar. Por otro lado, Venus tiene una atmósfera compuesta principalmente de dióxido de carbono y gruesas nubes de ácido sulfúrico.

 

Mientras que la Tierra tiene una atmósfera relativamente delgada, 78% de la atmósfera es nitrógeno, el 21% es oxígeno y el resto lo componen argón, dióxido de carbono y vapor de agua. Por último, Marte tiene una atmósfera extremadamente delgada compuesta en un 95% de dióxido de carbono y el resto es una mezcla de nitrógeno, argón, oxígeno y metano.

 

Una particularidad en el suelo de Marte es que es muy similar al de la Tierra, pero como éste contiene mucho óxido de hierro, se ve de color rojizo.

 

Continúa con los planetas gaseosos. Júpiter, al ser un planeta gaseoso, no es claro dónde termina la atmósfera del planeta y donde comienza el interior del planeta. Se sabe que la atmósfera de Júpiter está compuesta principalmente por hidrógeno molecular y helio, aunque se han encontrado pequeñas trazas de metano, amoniaco y ácido sulfhídrico.

 

Si se compara con Saturno, notarás que son muy similares en su composición ya que la atmósfera de Saturno está compuesta de hidrógeno, helio y una mezcla de metano, amonio, vapor de agua y otros gases.

 

La atmósfera de Urano está compuesta de hidrógeno y helio, como Júpiter y Saturno, pero además tiene metano, lo cual le da el color azul al planeta.

 

Neptuno es muy parecido a Urano. Está compuesto de una espesa mezcla de agua, amoniaco y metano sobre un centro sólido del tamaño de la Tierra. Su atmósfera se compone de hidrógeno, helio y metano. El metano le da a Neptuno el mismo color azul de Urano.

 

De lo que se sabe de los planetas, se puede concluir que sí hay una gran similitud entre los elementos que forman a los planetas del sistema solar.

 

Otros elementos importantes del sistema solar son las estrellas y los asteroides. Una estrella es una masa de materia gaseosa incandescente que flota en el espacio. La estrella más cercana a nosotros es el Sol, pero cualquier estrella que se pueda observar en el universo cumple las mismas características. Por lo que son descritas como cuerpos celestes que emiten luz, a diferencia de los planetas que son objetos que no la emiten.

 

Mientras que los asteroides, son pequeños objetos rocosos, más pequeños que un planeta y estos orbitan entre marte y júpiter. Si dos asteroides chocan entre sí y salen pedazos más pequeños estos se convierten en un meteoroide.

 

Si ese meteoroide se acercara lo suficiente a la Tierra y entra en la atmósfera terrestre, éste se evaporaría para convertirse en un meteoro, que se vería como un hermoso haz de luz en el cielo y si el meteoro logra llegar al suelo después de entrar a la atmosfera, este será un meteorito.

 

Una estrella fugaz es realmente un meteoro que desde el espacio roza en la atmósfera de la Tierra, y se mueve tan rápido que se calienta y se quema, produciendo un brillo que permite verla, sin embargo, éstas no llegan al suelo.

 

Con esta información, has concluido la sesión. Si deseas saber más del sistema solar, puedes consultar tu libro de texto u otras fuentes confiables.

 

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