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EXPERIENCIA DE APRENDIZAJE INTEGRADA 6

| 5.° grado

ACTIVIDAD 4

¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

En la actividad anterior has reflexionado sobre el impacto del uso inadecuado del plástico en el ambiente y la salud además notaste que en la actualidad el uso del plástico es muy común en nuestros hogares y la industria, debido a las propiedades que presenta. Ahora vas a indagar sobre las propiedades físicas de este material cuyo resultado te llevará a conclusiones muy interesantes con la finalidad de proponer acciones para el uso responsable del plástico.

Reflexionamos Invita a los miembros del hogar e identifiquen la presencia de los diferentes artículos que se encuentra en tu hogar, que están formados por plástico. Elaboramos un listado de ellos y agrupamos según las características, utiliza sus características, o dureza, color, entre otros. Además, mencionemos ejemplos.

Plástico

Características

Ejemplo

¡Buen trabajo! Ahora trasladamos la información de la clasificación en el siguiente cuadro, completamos la columna de características, como flexibilidad, dureza, tiempo de uso, función en el hogar, entre otras que consideres importante, nota que los plásticos tienen una determinada composición química.

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SECUNDARIA

5.° grado | Secundaria Experiencia de aprendizaje integrada 6

¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Ejemplo

Estructura general y nombre del polímero

H H C C H H

Características

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

n

•

....................................................................

POLIETILENO

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

•

....................................................................

H C

C

H

H

n

POLIESTIRENO

H Cl C C H H

n

POLICLORURO DE VINILO (PVC)

A continuación, te brindamos algunas sugerencias para que reflexiones, toma como referencia la información de la tabla anterior: •

¿Cuáles son los plásticos más utilizados en tu hogar?

•

¿Durante cuánto tiempo utilizas dichos materiales de plástico?

•

¿Qué hacen con el plástico cuando deja de utilizarse en el hogar?

Para responder estas interrogantes, puedes apoyarte preguntando a tus padres, tus hermanos mayores o algún familiar de tu casa. Además, te invitamos a leer los textos en la sección de “Recursos para mi aprendizaje”.

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¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Después de reflexionar, es muy probable que notes que el plástico es un material que tiene una resistencia y que en algunos casos puede ser utilizado con mucha frecuencia por ejemplo en teléfonos, herramientas, entre otros. Luego, teniendo como base los conocimientos científicos sobre la estructura del plástico, debes plantear una pregunta de indagación, por ejemplo:

¿Por qué el plástico tiene una resistencia mecánica? Ahora, revisa el texto: “Determinación de la resistencia a la tracción y tenacidad de un material”, que se encuentra en la sección de “Recursos para mi aprendizaje”, a partir de ella es probable que tengas los insumos necesarios para plantear hipótesis de indagación.

Indagamos A partir de la lectura del texto de determinación de la resistencia a la tracción y tenacidad de un material y tus reflexiones piensa en: •

¿Cómo medir la resistencia mecánica de un tipo de plástico?

•

¿Cómo generar condiciones para observar la resistencia mecánica del plástico?

Para poner a prueba nuestras hipótesis, es necesario que construyamos un modelo, que permita registrar la resistencia mecánica del plástico.

Materiales: •

3 botellas de plástico de diferentes productos (que tenga las paredes lisas o rectas)

•

2 botellas de plástico con tapas (las usaremos como pesas)

•

Reglas con escala de milímetros

•

Tijera

•

Mesa

•

Prensa nodular garganta profunda

•

Balanza o jarra medidora

3

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¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Tomemos en cuenta que... En algunos casos puedas tener dificultades para conseguir los materiales. ¡No te desanimes! Busca soluciones creativas, si no cuentas con una balanza, la jarra medidora te ayudará a colocar volúmenes de agua y puedes calcular la masa de agua de dicho volumen. Considera que el agua tiene una densidad de 1 g/cm3 o 1 g/ml

Por ejemplo, en la jarra medidora agrega 500 ml o 0,5 l, debido a que la densidad del agua es 1 g/ml, al tener dicha cantidad de agua tendrá una masa de 500 g o 0,5 kg, por lo tanto si tienes 1000 ml o 1 l, este volumen de agua tendrá una masa de 1000 g o 1 kg.

Corta tiras de la pared de una botella de plástico que tenga la mayor longitud posible, su ancho será de 1 cm y es muy probable que tenga un espesor de 1 mm o 0,1 cm.

Cortar 1 cm

Cortar

1 mm o 0,1 cm

Procedimiento

Una vez que tengas este segmento de plástico, sujétalo al borde de la mesa con la prensa nodular garganta profunda.

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¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Prensa nodular profunda

Mesa

Muestra de plástico

Ata con un cordel la masa (botella con un determinado volumen de agua) en el extremo inferior de la muestra. Realiza las mediciones de la muestra de plástico, medida inicial y luego con la masa correspondiente, agrega masas crecientes.

Registra en tu cuaderno de trabajo o en SmartOffice.

Tomemos en cuenta que... Es importante que, en el proceso de recolección de datos, realices las diferentes mediciones e incluyas la información de incertidumbre, que de manera práctica la obtenemos directamente del instrumento de medición o es la mitad de la medida más pequeña que registra el instrumento y lo divides entre 2. Medida ± Incertidumbre (unidad) o X ± Incertidumbre (unidad)

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¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Observa la imagen de la jeringa hipodérmica notaste que la menor medida es 0,1 ml, por lo tanto la incertidumbre es ± 0,05 ml.

Es importante conocer las fuentes de incertidumbre, estas pueden ser: •

La naturaleza de lo que se mide

•

El instrumento de medición

•

El observador

•

Las condiciones externas

Registra tus datos en la tabla de la ficha de indagación que se encuentra en la sección “Recursos para mi aprendizaje”, coloca la información de la deformación de tres muestras de plástico. Masa: (X ± incertidumbre) kg Masa 1

Masa 2

Masa 3

Masa 4

Masa 5

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3

Recuerda que existe una relación entre la masa y la aceleración de gravedad, gracias a ella se puede obtener la fuerza que ejerce la masa de un objeto sobre la superficie de nuestro planeta, a esta fuerza la llamamos peso el cual tiene como unidad Newton.

1 Newton (N) = 1

6

Kg × m s2

La aceleración de la gravedad = 9.8 m/s2

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¿Cómo indagamos la resistencia del plástico?

Evaluamos nuestros avances

Es el momento de observar nuestro avance.

Competencia: Indaga mediante métodos científicos para construir conocimientos.

Criterios de evaluación

Lo logré

Estoy en proceso de lograrlo

¿Qué puedo hacer para mejorar mis aprendizajes?

He planteado la pregunta de indagación, para explicar las causas o describir las propiedades físicas del plástico. Formulé mis hipótesis respecto a las propiedades físicas del plástico. Diseñé y recogí datos para contrastar mi hipótesis, sobre las propiedades físicas del plástico. Procesé y analicé los datos que obtuve de la resistencia mecánica del plástico para encontrar relaciones entre los datos. Planteé mis conclusiones respecto a mis resultados de la indagación sobre la resistencia mecánica del plástico con base en información científica.

Vamos a la siguiente actividad Muy bien, hemos culminado la actividad, en esta hemos iniciado nuestra indagación sobre la resistencia mecánica de una muestra de plástico. A continuación, analizaremos y procesaremos los datos.

El contenido del presente documento tiene fines exclusivamente pedagógicos y forma parte de la estrategia de educación a distancia gratuita que imparte el Ministerio de Educación.

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Actividad 4 | Recurso 1 | 5.° grado

Resistencia mecánica del plástico

Determinación de la resistencia a la tracción y tenacidad de un material compuesto por bagazo de caña de azúcar y almidón de yuca mediante los ensayos de tensión y de impacto Charpy1 El problema ambiental por la contaminación generada por la acumulación de desechos y la gran deforestación es generalizado en el mundo. Países exportadores de caña de azúcar, como Brasil e India, han caracterizado materiales compuestos reforzados con bagazo de caña, kenaf y fibras de coco, tomando matrices poliméricas sintéticas, como resinas de poliéster, resinas y polietileno. Los investigadores le han encontrado usos en la industria. Por ejemplo, los materiales reforzados con fibras naturales se están implementando en la fabricación de autopartes, ya que el bajo peso del material ayuda a disminuir el peso del vehículo. También se están elaborando muebles aglomerados con los residuos de las hojas de maíz, de palma y cáñamo, donde se trituran y se comprimen para poder fabricar mesas, cajones y muebles en general. Polímeros 2 Son un conjunto o cadena de moléculas, llamadas monómeros, que forman materiales que van de la familia de los plásticos al caucho. Son compuestos orgánicos que se basan en carbono e hidrogeno; también contienen elementos no metálicos en su composición y se caracterizan por tener largas uniones de estructuras moleculares. Los polímeros suelen caracterizarse por tener densidades muy bajas y una gran flexibilidad. En la historia, durante cientos de años, el hombre ha utilizado polímeros naturales, con procedencia naturales de procedencia animal y vegetal. Es el caso del caucho y el cuero; también las proteínas, las enzimas, los almidones y la celulosa. Hasta comienzos del siglo XX, los científicos descifraban la estructura molecular de los polímeros y desarrollaban varios tipos de este material. Estos eran sinterizados por medio de pequeñas moléculas. Después de la Segunda Guerra Mundial, comenzó la revolución de los polímeros sintéticos como material, puesto que la síntesis era barata y las propiedades del material eran similares a las que tenían los materiales con bases naturales. Así, comenzaron a reemplazar la madera por polímeros sintéticos por su bajo costo, sin darse cuenta de que son grandes contaminantes por su prolongada biodegradación, y que puede tardar miles de años. Por su parte, el plástico es considerado un polímero artificial; lo usamos a diario y puede ser reutilizado. Así, las bolsas plásticas (polietileno), botellas de gaseosa (polietilentereftalato) o tubos plásticos (policloruro de vinilo) pueden ser reutilizados. En la siguiente tabla se indican las características del reciclaje de diferentes tipos de polímeros, estructura y aplicaciones3.

1

Adaptado de Ayala, A. y Barbosa, C. (2014). Determinación de la Resistencia a la tracción y tenacidad de un material compuesto a partir de bagazo de caña de azúcar y Almidón de yuca, a través de los ensayos de tensión y de impacto Charpy.Universidad Santo Tomás Facultad de Ingeniería Mecánica. Recuperado de https://repository.usta.edu.co/handle/11634/2669

2

Adaptado de Cedrón, J.; Landa, V. y Robles, J. (2011). Química general. Polímeros. [Unidad 8: Materiales modernos]. Recuperado de http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/82-polimeros.html

3

Adaptado de Mariano. (2012, 13 de septiembre). Identificación de polímeros. Publicación en Tecnología de Plásticos [Blog dedicado a los materiales plásticos, características, usos, fabricación, procesos de transformación y reciclado]. Recuperado de https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2012/09/identificacion-de-polimeros.html

DIRECCIÓN DIRECCIÓN DE DE EDUCACIÓN EDUCACIÓN SECUNDARIA SECUNDARIA

5.° grado | Secundaria Experiencia de aprendizaje integrada 6

Resistencia mecánica del plástico

Símbolo*

1

Estructura química O H H O C C C O H

PET

2 HDPE

Aplicaciones O C

H

Polietilentereftalato H

H

C

C

H

H

Contenedores para jugos, leche y agua; juguetes, botellas de detergente y lavandina

Polietileno de alta densidad H CI

3 PVC

4 LDPE

C

C

H

H

Botellas de shampú, algunas botellas de agua mineral y jugo de limón; bolsas

Policloruro de vinilo H

H

C

C

H

H

Bolsas de todo tipo

Polietileno de baja densidad H CH3

5 PP

6 PS

Botellas de bebidas carbonatadas, agua mineral y bandejas

C

C

H

H

Algunas bolsas, bandejas, vasos, juguetes, botellas, tarros y tapas de botellas

Polipropileno

H C

C

H

H

Vasos, bandejas, cajas de CD, cubiertos descartables y videocassettes

Poliestireno

*El menor número en el símbolo indica que dicho plástico es más fácil de reciclar. Por ejemplo, el polietilentereftalato (1) se recicla de forma más sencilla, en comparación con el polipropileno (5). Estudio de las propiedades mecánicas4 Al seleccionar un material para la producción de algún plástico, se estudian sus propiedades de acuerdo a lo que se requiere. Por esta razón, las propiedades mecánicas del material cobran gran importancia. Estas se relacionan con la capacidad que tiene el material para soportar esfuerzos, ya sea de compresión, tensión o torsión. 4

Recuperado de Allende S. y Arriagada P. (2013). Polietileno de alta y baja densidad (pp. 4-5). Universidad de Chile. Recuperado de https://www.u-cursos.cl/usuario/c1f33623c53cd7f58fd77ef459693d6c/mi_blog/r/Polietileno.pdf

2

5.° grado | Secundaria Experiencia de aprendizaje integrada 6

Resistencia mecánica del plástico

Las propiedades mecánicas de los polímeros son una consecuencia directa de su composición, así como de la estructura molecular, tanto a este nivel como en la relación con moléculas vecinas. Actualmente, las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros, cuya composición o morfología puede ser modificada. Normalmente, el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones para predecir el comportamiento de estos polímeros en aplicaciones.

El esfuerzo (σ) es definido como la fuerza por unidad de área que soporta un material; es decir, si A es la sección transversal de la muestra material a estudiar, a la cual se le ejerce una carga F, entonces el esfuerzo es:

Cuyas unidades son:

σ=

F A

[]

kg

cm2

, [Pa] , [MPa] o [Psi]

Este esfuerzo aplicado ejerce un cambio en la forma del material, variando su longitud y área. Este cambio es la deformación (ε) del material, que es una respuesta a las cargas ejercidas, la cual se mide por medio de la razón entre el cambio de longitud (δ) y la longitud inicial (l0); es decir: Donde li es la longitud final de la barra. La deformación puede ser elástica o plástica. Cuando es elástica, el material deformado puede volver a su configuración original una vez que el esfuerzo es suspendido.

l −l ε= δ = i 0 l0 l0

La relación entre estos dos conceptos es lo que realmente se utiliza para estudiar el material. Esta relación se lleva a cabo mediante un diagrama de esfuerzo y deformación. Se observa que existe una zona elástica, donde se cumple la ley de Hooke.

l0

li

σ = Eε Donde: E = Es el módulo de elasticidad [MPa] o [Psi]

ε = Es la deformación del material

δ muestra

F

σ = Es el esfuerzo del material

El contenido del presente documento tiene fines exclusivamente pedagógicos y forma parte de la estrategia de educación a distancia gratuita que imparte el Ministerio de Educación.

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Actividad 4 | Recurso 2 | 5.° grado

Ficha de indagación sobre la resistencia mecánica del plástico

•

Problematizamos la situación

Leemos la siguiente situación:

El plástico es un polímero con propiedades mecánicas muy interesantes, las cuales han permitido la elaborar de diferentes productos que utilizamos a diario, desde herramientas, empaques de medicamentos e incluso ropa. En esta oportunidad aplicaremos fuerzas para observar su resistencia mecánica. Observa sus características flexibilidad y elasticidad.

físicas,

como

su

dureza,

• ¿Cómo se manifiesta la elasticidad del plástico?

.......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... ..........................................................................................................................

•

A partir de la situa...