lección de Ciencia: Tierra, Agua, Aire y Fuego
los antiguos griegos creían que había cuatro elementos de los que todo estaba compuesto: tierra, agua, aire y fuego. Esta teoría fue sugerida alrededor de 450 AC, y más tarde fue apoyada y añadida por Aristóteles.
(Aristóteles también sugirió que había un quinto elemento, el éter, porque parecía extraño que las estrellas se hiciera terrenal elementos., Él se sorprendería al saber que de hecho están hechos de muchos elementos que se encuentran en la tierra, y son tan calientes que se podría decir que están en llamas todo el tiempo!!!)
la idea de que estos cuatro elementos – tierra, agua, aire y fuego – constituían toda la materia fue la piedra angular de la filosofía, la ciencia y la medicina durante dos mil años (a los niños les encanta hacer preguntas sobre los elementos).
los elementos eran «puros» pero no se podían encontrar en ese estado en la tierra. Cada cosa visible estaba hecha de alguna combinación de tierra, agua, aire y fuego.,
los cuatro elementos fueron incluso utilizados para describir los cuatro temperamentos que una persona podría tener, e Hipócrates utilizó los cuatro elementos para describir los cuatro «humores» que se encuentran en el cuerpo. Estas teorías afirmaron que los temperamentos y humores debían estar en equilibrio entre sí para que una persona estuviera bien tanto mental como físicamente.
si bien ahora sabemos que estas teorías anteriores son falsas, de alguna manera los cuatro elementos se alinean con los cuatro estados de la materia en los que la ciencia moderna ha acordado: sólido (tierra), líquido (agua), gas (aire) y plasma (fuego).,
aunque los griegos creían que los cuatro elementos eran inmutables en la naturaleza, todo estaba hecho de diferentes elementos, que se mantenían juntos o separados por fuerzas de Atracción y repulsión, haciendo que las sustancias parecieran cambiar. Esto es similar a lo que realmente sucede con los elementos y todas las moléculas a nivel atómico.
La materia es cualquier cosa que tiene masa y volumen y se compone de átomos, que son las partículas más pequeñas de la materia. La Unión ocurre entre átomos para hacer moléculas más grandes. (Haga clic aquí para obtener más información sobre la vinculación., La masa es cuánta materia hay en un objeto, mientras que el volumen es cuánto espacio ocupa el objeto. La disposición de los átomos en un objeto determina si es sólido, líquido, gas o plasma.
- en un sólido, los átomos se empaquetan muy juntos en un patrón ordenado y no pueden moverse, dando a un sólido un volumen y una forma definidos. Ejemplos de sólidos incluyen rocas, madera, metal y hielo.
- en un líquido, los átomos están muy juntos pero pueden moverse unos alrededor de otros. Esto permite que un líquido tome la forma de cualquier recipiente en el que se coloque., Ejemplos de líquidos incluyen agua a temperatura ambiente, mercurio a temperatura ambiente y lava caliente (roca fundida).
- en un gas, hay más espacio entre átomos. Los átomos pueden moverse tan libremente que si el gas no está atrapado en un contenedor, los átomos se difundirán y se extenderán por toda la atmósfera. Ejemplos de gases son el oxígeno y el nitrógeno (en el aire que respiramos), el helio y el vapor (vapor de agua).
- en un plasma, los átomos están espaciados de manera similar al gas, excepto que hay tanta energía en un plasma, que los átomos se dividen en trozos más pequeños., Los Plasmas son capaces de transportar una corriente eléctrica y generar campos magnéticos. Ejemplos de plasmas incluyen rayos, viento solar, el sol, luces fluorescentes y letreros de neón.
La temperatura juega un papel importante en cómo se alinean los átomos en una sustancia. Como regla general, cuanto más fría es la materia, más cerca están los átomos entre sí, y cuanto más caliente es la materia, más lejos están los átomos separados. Por supuesto, la temperatura a la que una materia es un sólido o un líquido depende de qué sustancia está hecha la materia., Por ejemplo, el agua a temperatura ambiente es un líquido, mientras que una roca a temperatura ambiente es sólida.
lección de ciencia: los cuatro elementos en la vida cotidiana
Primer Elemento: Tierra
La Tierra está llena de una amplia variedad de rocas y minerales que proporcionan el suelo para crecer la vegetación y apoyar la vida. Los dos elementos más comunes en la corteza terrestre son el oxígeno (46%) y el silicio (28%). Debido a esto, el mineral más abundante en la corteza terrestre es el sílice (dióxido de silicio). Más comúnmente conocida como arena, la sílice es un componente importante del vidrio. ¿Cómo se puede hacer el vidrio con arena?, Curiosamente, cuando la sílice se calienta, se derrite y se convierte en vidrio, endureciéndose a medida que se enfría.
ricos depósitos de minerales metálicos se encuentran en toda la corteza terrestre. Si bien estos metales se utilizan en la producción de maquinaria, herramientas, edificios y armas, directamente de la tierra estos metales son bastante inútiles. El fuego se usa para calentar, refinar y dar forma al metal para que se puedan hacer máquinas, martillos y vigas de soporte.
es fácil pensar en la tierra como una tierra sólida, pero en realidad está formada por varias capas., Si bien muchas de estas capas son sólidas, la capa que rodea el núcleo se llama núcleo externo líquido. Hace tanto calor dentro de la tierra que la roca de esta capa se ha derretido. El núcleo interno sólido es tan caliente como la capa líquida que lo rodea, pero la presión sobre el núcleo interno es tan grande que los científicos creen que se «presiona» en un sólido.
Segundo Elemento: Agua
el Agua tiene muchas propiedades únicas. La fórmula química del agua es H20, lo que significa que está hecha de dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno., Los átomos de hidrógeno se unen a un lado del átomo de oxígeno y tienen una carga positiva, mientras que el átomo de oxígeno tiene una carga negativa. Esto polariza la molécula de agua, al igual que un imán, dando a una molécula de agua extremos positivos y negativos.
dado que las cargas opuestas se atraen, las moléculas de agua tienden a» pegarse » entre sí. Esto da tensión superficial al agua y permite que objetos, como clips de papel, floten en ella.
mientras que no puede disolver todo, el agua se conoce como el solvente universal porque puede disolver más sustancias que cualquier otro líquido., Puede disolver sal, azúcar, ácidos, álcalis, algunos gases y material orgánico.
el agua que viaja a través de su cuerpo o a través del suelo lleva productos químicos, minerales y nutrientes con ella. La capacidad del agua para disolver sustancias ayuda a mantener el planeta sano. Durante más de un siglo, la quema de combustibles fósiles ha bombeado grandes cantidades de dióxido de Carbono (CO2) a la atmósfera. El agua de los océanos ha absorbido aproximadamente la mitad de este CO2 disolviendo el gas del aire y procesándolo por la vegetación marina.,
el agua tiene un alto índice de calor específico, lo que significa que se necesita mucha energía para cambiar su temperatura. Esto es esencial para que la vida sobreviva en un planeta. La abundancia de agua en la Tierra mantiene al planeta en un rango de temperatura muy corto pero cómodo. La temperatura media de la superficie de la tierra es de 59 ° F con la temperatura más alta registrada 135.9 ° F y la temperatura más baja registrada -128.6 ° F.
para comparar, parecería lógico que Mercurio, el planeta más cercano al sol, se mantendría realmente caliente en todas las superficies del planeta, independientemente de si estaba frente al sol o no., Sin embargo, mientras que la superficie frente al sol alcanza temperaturas muy cálidas (hasta 800 ° F), la superficie frente al sol cae a un frío de -280 ° F. La falta de agua de Mercurio es responsable de este drástico cambio de temperatura porque el material seco que compone su superficie no puede contener el calor como lo hace el agua.
para experimentar por sí mismo lo bien que el agua mantiene la temperatura de fluctuaciones drásticas, preste atención al cambio entre las temperaturas diurnas y nocturnas la próxima vez que visite un clima marítimo (cerca del océano) o desértico., Probablemente notará que hay poco o ningún cambio de temperatura cerca del océano, mientras que en el desierto hay un cambio significativo en las temperaturas diurnas y nocturnas.
Este alto índice de calor específico también ayuda al agua a apagar el fuego enfriando las superficies de combustible que el fuego está quemando, eliminando el calor necesario para que el fuego arda. El agua también sofoca un incendio al evitar que reciba el oxígeno que necesita para quemar.,
tercer elemento: aire
El aire se consideraba un elemento «puro», pero de hecho el aire que nos rodea está compuesto por una variedad de gases: principalmente nitrógeno y oxígeno, con casi un 1% de argón e incluso cantidades más pequeñas de dióxido de carbono y otros elementos como el criptón y el helio. Sin embargo, la composición del aire es la adecuada para la vida en la Tierra.
utilizamos gran parte del oxígeno que obtenemos del aire, luego exhalamos dióxido de carbono, que las plantas necesitan para fabricar sus alimentos a través de la fotosíntesis. Las plantas a su vez emiten oxígeno durante la fotosíntesis.,
aunque el aire es invisible (y la mayoría de las veces olvidamos que incluso está allí), ocupa espacio, tiene volumen y ejerce presión. Esto se puede ver cuando tomas un vaso «vacío», lo pones boca abajo y tratas de empujarlo hasta el fondo de un fregadero lleno de agua.
(Puede ver cómo el aire se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría con este proyecto de huevo en una botella.)
si el vaso estuviera realmente vacío, el agua llenaría fácilmente el interior del vaso. Pero el aire está ahí, y solo una pequeña cantidad de agua puede entrar en el vaso., El aire en el vidrio se comprimió, dando al agua un espacio que anteriormente estaba ocupado con el aire.
es bueno que el aire llene el espacio vacío porque el aire a nuestro alrededor realmente nos presiona todo el tiempo. Nos derrumbaríamos bajo el peso del aire, excepto que el aire también está dentro de nosotros y ejerce una presión que equilibra la presión ejercida por el aire exterior.
cuarto elemento: Fuego
¿Cómo funciona el fuego? Está estrechamente relacionado con el aire. El fuego necesita tres cosas para existir: oxígeno, combustible y calor.,
la intensidad de un incendio varía porque depende del oxígeno, el combustible y el calor disponibles para él. Cuando las tres cosas están en una situación controlada, como en velas o una fogata, los incendios se consideran útiles. Pero cuando una o más de estas cosas no están controladas, como en un incendio forestal o en un edificio en llamas, los incendios pueden volverse fácilmente muy peligrosos.
para extinguir un incendio, es necesario eliminar el oxígeno, el combustible o el calor. «Sofocar» un fuego colocando una manta o suciedad sobre él funciona porque el fuego se apaga sin oxígeno., La tierra proporciona una abundancia de combustible en forma de madera y combustibles fósiles como el carbón. Cuando se retira el combustible, el fuego no tiene nada que quemar y se extingue. El agua a menudo sirve como una fuente de enfriamiento efectiva al eliminar el calor de un incendio. Esto se ve cuando la lava caliente de un volcán en erupción entra en el océano o cuando un cubo de agua se vierte en una fogata.
el fuego crea luz, calor y humo mediante una rápida reacción química llamada combustión. El humo es el resultado de la combustión incompleta (quema) de un combustible. Las partículas que no se quemaron quedan suspendidas en el aire., El humo A menudo es peligroso porque contiene gases nocivos que pueden envenenar a una persona que inhala demasiado humo.
te sorprenderá saber que nuestros cuerpos también utilizan la «combustión» para producir energía a partir del oxígeno y los alimentos a través de procesos metabólicos. Necesitamos un suministro constante de oxígeno para mantener nuestros cuerpos funcionando normalmente; si hay muy poco oxígeno en el aire, nos sofocaremos. Al mismo tiempo, podemos estar agradecidos de que no hay más oxígeno en el aire, o las reacciones químicas en nuestros cuerpos se acelerarían, lo que nos haría pronto «estrellarse y quemarse».,
Demasiado oxígeno en el aire también aumentaría el riesgo de incendios en la tierra. Dado que el nitrógeno y el argón no son muy reactivos, el aire es bastante seguro para nosotros.
proyectos científicos: explorar los cuatro elementos
hacer un extintor
para apagar un incendio, se debe eliminar una de tres cosas: calor, combustible u oxígeno. Sabiendo esto, los bomberos no siempre usan agua para apagar un incendio.,
Lo que Usted Necesita:
- Vacía botella de soda
- 5 cucharadas de vinagre
- 1/2 cucharada de bicarbonato de sodio
- velas de Té
¿Qué debe Hacer:
- Luz de la vela.
- vierta el vinagre en la botella y agregue el bicarbonato de sodio. (Es posible que desee utilizar un embudo.) La mezcla debe fizz.
- sostenga la botella de lado sobre la vela encendida, asegurándose de que no se escape ningún líquido. ¿Qué le pasa a la llama?
qué pasó:
El bicarbonato de sodio y el vinagre reaccionan para producir dióxido de carbono, un gas que es más pesado que el oxígeno., A medida que» vierte » fuera de la botella, empuja el oxígeno más ligero lejos de la vela. El fuego, ahora privado de oxígeno, ya no puede arder.
nutrientes viajantes
El agua a menudo se llama el solvente Universal porque puede disolver más sustancias que cualquier otro líquido, a menudo llevando estas partículas disueltas con él. Cuando el agua viaja a través del suelo, los nutrientes (alimentos) y las partículas disueltas viajan con el agua para depositarse en otro lugar. Aquí hay un experimento para demostrar visualmente cómo sucede este proceso.,
lo que necesita:
- 1/2 taza de suelo seco
- 1/2 cucharadita de pintura al temple azul en polvo
- embudo
- tarro de boca ancha (en el que puede descansar el embudo)
- filtro de café
- tazas o recipientes
- Agua
- taza medidora
lo que:
- mezclar bien el suelo seco y la pintura al temple. Coloque el embudo en el frasco y coloque el filtro de café en el embudo. Vierta la mezcla de tierra en el embudo.
- vierta lentamente 1/2 taza de agua en el embudo, observando cómo el agua sale del embudo hacia el frasco., Observe el color del agua.
- Retire el embudo del frasco y vierta el agua en una taza o recipiente. Reemplace el embudo sobre el frasco, con el filtro de café lleno de arena todavía en su lugar.
- repita los pasos 2 y 3 con un 1/2 taza de agua fresca varias veces, guardando el agua en una taza Nueva después de cada vertido.
Qué sucede:
notarás que cuando la primera mitad de taza de agua pasó por el suelo, salió como un color azul muy oscuro. Sin embargo, el agua salía más ligera con cada taza adicional., Finalmente, el agua que viajaba a través del suelo salió clara en el frasco. ¿Contaste cuántas Medias tazas de agua se necesitaron para que el agua corriera clara?
la pintura tempura en este experimento representa los nutrientes y partículas disueltas que se encuentran en el suelo. El agua es un transportador muy eficiente de partículas, como lo demuestra el color del agua cuando se vierte a través del suelo. El suelo comenzó con una cantidad relativamente alta de nutrientes y partículas en él: la pintura tempura., El agua que fluye a través del suelo fue capaz de recoger una gran proporción de los «nutrientes» y llevarlos con él a través del embudo. Cada posterior vertido de agua recogió más nutrientes. Con cada vertido, los nutrientes restantes se volvieron cada vez menos hasta que el agua se aclaró y no quedaron más nutrientes para viajar con el agua.,
científico notable: George Gabriel Stokes, 1819-1903
George Gabriel Stokes fue un matemático británico consumado en el siglo XIX, pero a lo largo de su carrera, enfatizó la importancia de la experimentación y la resolución de problemas en lugar de centrarse únicamente en las matemáticas.
al experimentar y aplicar las matemáticas a la física, Stokes ideó una ley que describe el movimiento de un sólido a través de un líquido o un gas. Conocida como la Ley de Stoke, esta ley de la viscosidad estableció la ciencia de la hidrodinámica., La Ley de Stoke explica el movimiento de las nubes, el movimiento de las olas y la resistencia del agua al movimiento de los barcos.
La mayor parte del trabajo de Stoke giraba en torno a las ondas (sonido, luz y agua) y cómo se mueven a través de varios medios, como el agua y el gas. Experimentó con cómo el viento afecta la intensidad de un sonido y cómo la intensidad está influenciada por el tipo de gas a través del cual viajan las ondas sonoras. Nombró y explicó la fluorescencia e investigó la teoría ondulatoria de la luz., También trabajó en la comprensión de las diferentes bandas de colores que se podían ver en un espectro e hizo contribuciones significativas a lo que sabemos sobre la luz y la óptica.
Stokes es a menudo comparado con Sir Isaac Newton porque hay numerosos paralelos entre la vida de Stoke y la vida de Newton: ambos tuvieron descubrimientos revolucionarios, desarrollaron leyes del movimiento, investigaron la luz y la óptica, ocuparon la misma prestigiosa Cátedra Lucasiana de matemáticas en la Universidad de Cambridge, y sirvieron en el Parlamento.
hechos fabulosos
Tierra
La mayoría de las piedras preciosas contienen varios elementos., La excepción? Diamante. Todo es carbono.
Que de los 50 estados, nunca ha tenido un terremoto? Dakota Del Norte.
la circunferencia Ecuatorial De La Tierra (40.075 km) es mayor que su circunferencia polar (40.008 km).
Se estima que la Tierra pesa 6.6 sextillones de toneladas, o 5.97 x 1024 kg. Para comparar, un millón es un 1 con 6 ceros siguiéndolo – un sextillón es un 1 con 21 ceros siguiéndolo. (1,000,000,000,000,000,000,000)
agua
una pulgada de agua de lluvia equivale a 15 pulgadas de nieve seca y en polvo.,
la parte más profunda del océano tiene 35.813 pies (10.916 metros) de profundidad y se encuentra en la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico. A esa profundidad la presión es de 18,000 libras (9172 kilogramos) por pulgada cuadrada.
el cerebro humano es 80% agua.
Aire
8-12 millas por encima de la tierra, ríos de aire conocidos como corrientes en chorro se mueven por encima de nosotros. Varias millas de ancho y 1-2 millas de profundidad, estas corrientes de aire pueden tener velocidades de viento tan altas como 250 millas por hora. En contraste, los huracanes más fuertes tienen velocidades de viento entre 150-200 millas por hora.,
fuego
un rayo es de aproximadamente 5,000 ° F (~2,800 °C).
el centro del sol es de unos 27 millones de grados Fahrenheit (15 millones de °C).
elementos combinados
Cuando el hidrógeno se quema en el aire, se forma agua.
el oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, las aguas y la atmósfera (alrededor del 49,5%).
El sonido viaja aproximadamente 4 veces más rápido en el agua que en el aire.
el viento y el agua causan erosión a la Tierra, moviendo grandes cantidades de arena y roca para derribar montañas y construir nuevas estructuras.,
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