Átomos

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Física 2

Unidad: Masa

Tema: Materia

¿Cómo sabemos que realmente existen los átomos?

Planteamiento de la situación reflexiva

Algunas ocasiones las explicaciones de fenómenos naturales elaboradas con base en evidencia científica, en las leyes de la naturaleza, mencionan objetos, componentes, conceptos o procesos que no puedes percibir con los sentidos, como el caso de los átomos y sus componentes (protones, electrones, quarks,…).

¿Existen realmente los átomos? Si es así, ¿cómo sabemos que existen? ¿Cómo podemos demostrar su existencia?

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Imagina que formas parte de un experimento de tus compañeros del curso de Psicología. Te encuentras encerrado en un cuarto totalmente oscuro, sin luz alguna y sin poder ver algo. Estás sentado en una silla en algún lugar de la habitación y no puedes levantarte, pues tienes un cinturón de seguridad que te fija al asiento. La única manera de liberarte de la silla es averiguando el tamaño y la forma de la habitación en que estás.

Lo único que tienes, además de tus sentido y tu intelecto son un montón de piedras a tu alcance en el suelo.

Momento de reflexión

  • ¿Cómo las usarías si fueran tu instrumento para indagar?
  • ¿Qué papel desempeñarían tus sentidos? ¿Qué información te proporcionarían para resolver este problema?
  • Haz un plan para construir la forma de la habitación a partir de los resultados. ¿Cómo los usarías para estimar las proporciones?
  • Si tuvieras suficientes rocas, mucha paciencia y un buen oído, ¿consideras que tienes probabilidades de obtener una buena idea del tipo de habitación en que te encuentras? ¿Por qué?

Una pista y más problemas

Una cosa que podrías hacer es lanzar las rocas en todas las direcciones. A juzgar por el tiempo que tarda cada piedra en golpear la pared en una dirección determinada, puedes obtener una idea aproximada de lo lejos están las paredes.

  • ¿Qué datos requieres para averiguar la forma de la habitación?
  • ¿Cómo distinguirías una puerta, una ventana o una cortina de una pared?
  • ¿Qué datos requieres para estimar sus proporciones?
  • ¿Requieres medirlos? ¿Calcularlos? ¿Estimarlos?

Reto mayor

  • ¿Podrías hacerlo de alguna otra manera, por ejemplo, solo con la imaginación y el ejemplo de alguna habitación de tu casa?
  • ¿Podría usar tu voz y tus oídos? ¿Cómo?
  • ¿En qué casos hablamos de mediciones, en cuáles de estimación y en cuáles de adivinación?

¿Estás seguro de lo que dices?

Supón que no es posible nunca encender las luces de la habitación. ¿Puedes estar 100% seguro de que las paredes están donde crees que están?

Eso que golpeaste con una piedra y produjo un sonido diferente, ¿es realmente una puerta o una cortina? De hecho, ¿estas completamente cierto de que lo que golpeaste eran paredes y no algún mueble? ¿Sería posible que los sonidos los produjeran otras fuentes y no las rocas que aventaste?

Dossier informativo

Nadie puede estar seguro al 100% de que su entorno es lo que los sentido parecen decirnos que percibimos. En este caso, nos falta comprobar aquellos que nuestros sentidos y cerebro nos dicen que “ven”. En el caso del experimento de Psicología, encender la luz nos permitiría identificar en qué acertamos y en qué no, así como corroborar lo preciso de nuestras estimaciones y mediciones.

Sin embargo, lo que es posible afirmar, es que todas tus observaciones (es decir, los sonidos que escuchaste, la estimación del tiempo, la clasificación del sonido del golpe,…) es posible asociarlas con la existencia de objetos a diferentes distancias de ti. Incluso podrías dibujar un mapa de la habitación con esta información.

Podrías utilizar el tiempo de vuelo de las rocas en cada dirección para estimar cuán lejos están las paredes en cada dirección. Cambios bruscos en la distancia a la pared, como en el caso de una esquina, pueden ser difíciles de determinar, por lo que el mapa puede ser poco preciso cerca de esos cambios, pero todavía es posible generarse una idea general de la habitación.

Pasemos a los átomos, esas pequeñas partes de materia de las que has oído hablar desde la escuela Primaria. Incluso has visto dibujos de átomos. ¿Cómo sabemos en realidad la forma y existencia de los átomos? Parte de la respuesta tiene que ver con experimentos similares a tirar piedras en las paredes de una habitación oscura.

En un famoso experimento realizado a principios del siglo XX en Inglaterra, Ernest Rutherford disparó partículas alfa (pequeñas partículas con carga positiva y que, por cierto, no son visibles) directo a una delgadísima hoja de oro y miraba el patrón de dispersión de las partículas tras golpear la lámina. La mayoría de las partículas alfa pasaron directamente a través de la hoja de oro, pero algunas “rebotaron” en ángulos agudos, incluso de regreso al punto de partida.

Con datos como los ángulos de dispersión, la carga de las partículas, la velocidad de movimiento, Rutherford armó un modelo que consistía en un núcleo sólido y cargado positivamente pues él sabía que las partículas alfa poseían carga eléctrica positiva y habían sido repelidas por el núcleo. Sólo un núcleo sólido, cargado positivamente podría generar dicha desviación.

Este experimento, además de muchas otras observaciones provenientes de reacciones químicas, reacciones nucleares, de estudiar la luz que emiten las sustancias, se ha empleado para darnos una imagen particular de lo que parecen átomos.

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De manera similar como no nos fue permitido encender las luces de la habitación, en el caso de los átomos no es posible aislar un solo átomo y mirarlo directamente para ver si los modelos son correctos. Lo importante es que todo lo que observamos es coherente con nuestra visión actual de átomos. Lo mismo va para todo tipo de otros modelos científicos, como los quarks, electrones, campos magnéticos y los agujeros negros. Son modelos útiles porque explican nuestras observaciones y nos permiten predecir nuevas observaciones.

¿Quién necesita realidad?

¿Y finalmente qué pasa con la cuestión de si son o no reales estos modelos? ¿Existen los átomos? Afortunadamente para nosotros, no importa si son o no reales estos modelos.

Si esta pregunta la hacemos en una sala llena de sesudos científicos, encontraremos algunos que nos digan que estos modelos están tan sólidamente apoyados en la evidencia científica que son reales. Pero también habrá los que digan que estos modelos son sólo construcciones arbitrarias inventadas por científicos.

Todos los científicos hacen uso de los modelos. Su filosofía sobre la existencia real de los modelos no afecta su capacidad para usarlos y guiar sus investigaciones. Si piensas que los modelos representan la realidad, perfecto. Si piensas que los modelos solo representan la realidad, pero son distintos de ella, también está bien. Puedes utilizar los modelos sin importar lo que creas de su existencia.

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Representaciones modernas de moléculas y de sistemas de moléculas

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Hijos:Magnetismo

Discusión (18)

  1. Imagen de perfil de RAFAEL RAFAEL dice:

    parecen formidables estos documentos y de ser posible usarse serna de mucha ayuda para nuestra labor docente

  2. Imagen de perfil de MIGUEL MIGUEL dice:

    Buen material para relacionarlo con temas de física y también de química y usarlo con nuestros alumnos para mejor entendimiento de la física.

  3. Imagen de perfil de Pablo Pablo dice:

    Es muy interesante saber que la materia esta compuesta de estos elementos y que hay otras que desconocemos como lo es la materia obscura.ya que se encuentra en todo el universo.

  4. Me parece muy interesante su material para utilizarse en la asignatura de química en el tema de modelos atómicos.

  5. Imagen de perfil de Julio Cesar Julio Cesar dice:

    En esta lectura esta muy bien en la materia de Fisica para explicar o demostrar algo que no se ve o no se palpa, utilizando diferentes metodos para involucrar a los alumnos a demostrar el tema de estudio, aqui se involucra la velocidad, el sonido, vectores, tiempo en Fisica y mucha imaginacion para delucidar el tamaño de la habitacion y los materiales que la componen, aunque habra algunos que digan que si no se ve no existe y esto servira para demostrar que si hay algo y que existe. La relacion transversal seria con la materia de Quimica y Leoye.

  6. Imagen de perfil de Gilberto Gilberto dice:

    Me parece que este tipo de lectura hace que se encienda nuestro cerebro creando posibles soluciones mentales, por lo que despierta el interes a la lectura y a la par la imaginacion para dar solucion a lo que se esta planteando. Al grado de entrar en un conflicto mental y hacer dudar al mismo estudiante, de lo ya aprendido, por tanto se refuerza gradualmente con la serie de preguntas y actividades que se plantean para terminar con nuevos conocimientos.

  7. Imagen de perfil de Gilberto Gilberto dice:

    En conclusion hacia el comentario emitido, resolvemos:
    1.- Este tipo de lectura se puede utilizar perfectamente a cualquieer tema de nuestra materia
    2.- El tipo de cuestionamiento a realizar para crear hasta cierto punto un conflicto mental en el estudiante es bueno, esto para crear interes y tener mayor aprendizaje
    3.- Con las actividades a realizar, se refuerzan los nuevos conocimientos y se crean cimientos mas solidos

  8. Imagen de perfil de Saira Saira dice:

    Muy buen material y la lectura me pareció interesante, ya que me ayuda para relacionarlo con los temas del programa de Física

  9. Es interesante como se aborda el tema del átomo. Siempre me ha preguntado ¿realmente el átomo es como lo representan los diferentes modelos?
    En verdad es como estar en una habitación a oscuras y tratar de visualizar su forma, sus dimensiones, los elementos que la componen.
    Sería muy interesante hacer este experimento, primero con uno mismo, desués con los jóvenes.
    El tema se puede relacionar con varios contenidos de los cursos de física; principalmente con gases y cargas eléctricas.

    • Imagen de perfil de Silvestre Silvestre dice:

      la verdad seria un poco complejo demostrar sobre las posibles formas de los átomos de la materia aunque existe suficiente información al respecto y en cuanto el tema es aplicable en los temas de temperatura, calor, gases electrostática y electrodinamica.

      • Imagen de perfil de Luis Luis dice:

        Bueno, desde algunas perspectivas los átomos parecen aspectos no percibidos de formas simples solo por los sentidos, pero desde un aspecto de la asignatura de la Ecología; se aborda algo de esta información en la segunda secuencia donde se analizan las temáticas de los ciclos biogeoquímicos, las priràmides alimenticias, y se ve la transferencia de materia y energía entre el ambiente (atmósfera, hidrosfera, litosfera) y los organismos.

      • Imagen de perfil de Pilar Pilar dice:

        ¿Te has preguntado qué modelo atómico utilizamos en cada uno de estos temas?
        Nos matan los termodinámicos porque la temperatura es una medida macro, pero la solemos representar como la agitación de esferas rígidas ¿qué modelo atómico es?, lo mismo hacemos con los gases, no se si llegamos al de Dalton.
        En electrostática funciona bien el de Thomson, nos ayuda a explicar que la materia es neutra y que le podemos “arrancar” por procesos mecánicos “algo” que hace que su comportamiento sea diferente y sea capaz de atraer o repeler otros materiales. Podemos utilizar un modelo posterior pero resulta menos evidente para los estudiantes.
        Sin embargo, con los dos modelos anteriores no podemos explicar las líneas espectrales, se necesita el de Bohr con una primera cuantización: los electrones sólo pueden estar en órbitas específicas.

    • Imagen de perfil de Pilar Pilar dice:

      Este es un tema muy bonito para entender que la física modela con la finalidad de explicar y predecir fenómenos. El texto dice: “Su filosofía sobre la existencia real de los modelos no afecta su capacidad para usarlos y guiar sus investigaciones.” Sólo hay que insistir que el modelo debe responder a resultados experimentales.
      Una actividad que puede estar más a la mano de nuestra aula que lanzar piedras en una habitación obscura es averiguar qué hay en una caja cerrada. La podemos manipular, agitar, mover lentamente, acercarle diferentes objetos como imanes pero no la podemos abrir.
      Yo preparo esas cajas con las de plástico que utilizo para llevar mi comida; suelo poner canicas de diferentes tamaños, y en el centro una pelotita de unicel pegada a la caja, de forma que las canicas no ruedan libremente. Se las doy envueltas a los estudiantes para que no puedan ver el contenido pero pueden deducir que tienen varios componentes y aún decir si son esféricos o planos (también lo he hecho con monedas), la distribución de las masas, que chocan con algo…así se introducen medidas indirectas.

  10. Imagen de perfil de antimo antimo dice:

    cuando no conocemos la realidad de lo que sucede fuera de nuestros sentidos, la imaginacion y la incertidumbre prevalecen. La observacion de los efectos ocurridos en los fenomenos de la naturaleza por medio de aparatos tecnologicos o a simple vista nos lleva a pensar las causas que dieron origen al comportamiento ocurrido y encaminar este conocimiento en el desarrollo de equipos que funcionan de acuerdo a lo previsto por la ciencia que nos da la certeza que ocurrira tal cosa.

  11. Muy buen ejercicio para despertar interés en los temas. Saludos.

  12. Imagen de perfil de Fabian Fabian dice:

    Excelente forma de decirle a nuestros alumnos que no todo está escrito, que la investigación sigue viva y las mentes curiosas aún tienen mucho que demostrar, la interpretación y la imaginación son herramientas que no caducan y que lo que ahora enseñamos es solo hasta dónde hemos llegado!! Los profesores y maestros no lo sabemos todo

  13. Imagen de perfil de Jose Juan Jose Juan dice:

    todo la materia que nos rodea esta compuesta de átomos, aquello que podemos tocar y podemos sentir esta estructurado por materiales sólidos, líquidos y gaseosos que es el comportamiento macroscopico de los materiales.

  14. Imagen de perfil de Karina Karina dice:

    Excelente material, pienso que sí logra despertar el interés de los estudiantes, por la forma en que inicia la redacción para posteriormente enlazarlo con el tema. Es una manera muy creativa de comenzar un tema y salir de lo convencional.

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