Cuerpos SóLidos Y Fluidos 03

MATERIA Y SUS PROPIEDADES

En la naturaleza todo lo que nos rodea es materia, pero ¿qué es materia?. Para responder a esta pregunta es necesario conocer su estructura o forma. Una definición aceptada es:

Es todo cuanto existe en el Universo y se halla constituido por partículas elementales, mismas que generalmente se encuentran agrupadas en

átomos y en moléculas.

La materia es indestructible y puede ser transformada en energía, y viceversa.

OBJETIVO

• ESTUDIAR LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS SÓLIDOS Y LOS FLUIDOS. PORTERIORMENTE ANALIZAR LAS DIFERENCIAS ENTRE LOS LÍQUIDOS Y LOS GASES.

• DESARROLLAR LOS CONCEPTOS DE PRESIÓN Y EL PRINCIPIO DE PASCAL, LA FUERZA DE FLOTACIÓN Y EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES, LA DINÁMICA DE FLUIDOS Y LA ECUACIÓN DE BERNOULLI.

COMPOSICIÓN DE LA MATERIA

Si se subdivide repetidas veces una muestra de cualquier sustancia y se toman partes cada vez más pequeñas de ella se llega a una porción mínima de material llamada MOLÉCULA que presenta las mismas propiedades que las del cuerpo del cual proviene.

Si la molécula se sigue subdividiendo, se encuentran las partes constitutivas de la misma; estas porciones pequeñísimas de la materia son los ÁTOMOS, de los que existen más de 100 tipos distintos, siendo 90 el número de los que se encuentran en la naturaleza y el resto se obtienen de forma artificial.


Si la MOLÉCULA de una sustancia determinada se descompone en átomos, la sustancia es un ELEMENTO.

Cuando la molécula de un cuerpo está formada por átomos de diferentes elementos, se tiene un COMPUESTO, cuyo número es ilimitado.

Al proseguir el proceso de división, ahora para el átomo, se ha encontrado que está formado por pequeñísimos corpúsculos materiales llamados PARTÍCULAS ELEMENTALES.


Dentro de una gran variedad de estas partículas resaltan tres de ellas por ser estables, que son los ELECTRONES, PROTONES Y NEUTRONES.

Estructura atómica de la materia

La materia es todo aquello cuanto existe en el universo y ésta a su vez se conforma por átomos

(incluso nosotros mismos).

N ú c l e oN ú c l e o[compuesto por

protones y neutrones mide: (+/-) 5x10-15 m]

E l e c t r ó n e se-

e-

e-

3p+

3n

Los átomos (unidad más pequeña posible de un elemento químico), a su vez, se componen de otras partículas llamadas subatómicas:

Protón (p+) .- partícula de carga positiva cuyo valor es de: 1.602 x 10-19 C, que constituye el núcleo del átomo. Su masa es de 1.67 x 10-27 kg.

Electrón (e-) .- partícula de carga negativa (del mismo valor que el protón) que gira alrededor del núcleo a altas velocidades, en orbitas elípticas. Su masa es de 9.1 x 10-31 kg.

Debido a que las cargas opuestas se atraen, los e- y el núcleo se mantienen unidos por esa fuerza de atracción eléctrica. A esto se debe que haya materia estable como la conocemos.

Neutrón (n) .- partícula sin carga o carga neutra que constituye, junto con el protón, el núcleo del átomo. Su masa es muy similar a la del protón.

De acuerdo con el número de protones en el núcleo es como podemos identificar al elemento, es decir, el hidrógeno tiene un solo protón en el núcleo; el helio tiene dos, el carbono seis, el oxígeno 8, etc., pero también el mismo número de electrones.

Se le llama ION al átomo que tiene un déficit o exceso de electrones. Es decir, si un elemento tiene un electrón de más (ion -), su carga neta sería negativa y por lo tanto tendría la capacidad de repeler ese electrón de más, por el contrario, si tiene un electrón menos (ion +) su carga neta sería positiva y estaría en condición de recibir un electrón para estabilizar su carga.

ION POSITIVO

e-

e-

3p+

e-

e-

e-

2p+ION NEGATIVO

Se le llama CARGA ELÉCTRICA de un

cuerpo al número de electrones que gana o pierde al electrizarse. La unidad de carga

eléctrica es el COULOMB (C):

1 C = 6.28 X 10 18 ELECTRONES (e-)

CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA

Cuerpo: es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio.Sustancia: es cualquier tipo de materia que presenta características que la distinguen de otras. Ejemplo, el agua es diferente al alcohol, del hierro, etc.Elemento: es una muestra homogénea de la materia, compuesta de átomos idénticos. Compuesto: es una muestra homogénea de materia o más átomos diferentes en determinada proporción.

El fenómeno El fenómeno de la aurora de la aurora boreal es boreal es producido por producido por materia que materia que está en está en estado de estado de plasma, el plasma, el cual se cual se encuentra en encuentra en las capas las capas superiores de superiores de la atmósfera.la atmósfera.

En la imagen, una En la imagen, una bola de plasma. bola de plasma. El plasma es una El plasma es una

materia, materia, generalmente generalmente

gaseosa, gaseosa, constituida por constituida por

fragmentos fragmentos cargados cargados

eléctricamente eléctricamente (Gentileza Museo (Gentileza Museo

Interactivo Interactivo Mirador).Mirador).

PRINCIPALES PROPIEDADES PRINCIPALES PROPIEDADES PRINCIPALES PROPIEDADES PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA MATERIADE LA MATERIADE LA MATERIADE LA MATERIA

1. MECÁNICAS1. MECÁNICAS1. MECÁNICAS1. MECÁNICAS

Todos los cuerpos están formados por millones de átomos unidos entre sí, de tal modo que las uniones entre ellos determinan las propiedades de cada material.

La materia puede clasificarse de acuerdo a sus características físicas.

1.1 DUREZA O RIGIDEZ

Propiedad particular que presentan sólo algunos cuerpos, la cual no permite que se deforme la materia en virtud de que no existe flexibilidad y por lo tanto carecen de elasticidad.

1.2 DENSIDAD

Propiedad específica de la materia que se define como el cociente que resulta de dividir la masa (cantidad de materia contenida en un cuerpo) de una sustancia dada entre el volumen que ocupa.

ρρ = m/v = m/v

ρ = densidad en kg/m3

m = masa en kgv = volumen m3

1.3 ELASTICIDAD

Propiedad general de los cuerpos de recuperar su forma original una vez que desaparece la fuerza que ocasiona la deformación.

Es la propiedad que tienen los cuerpos de sufrir deformación cuando actúa sobre ellos una fuerza y de regresar a su estado original si la fuerza deja de actuar

1.4 PLASTICIDAD

Capacidad que presentan algunos cuerpos de adoptar la forma que se les dé, sin presentar fracturas o rupturas

Es la propiedad que tienen los cuerpos de presentar resistencia para romperse o deformarse

1.5 MALEABILIDAD

Capacidad de algunos materiales de ser moldeables, dúctiles, suaves, blandos, flexibles, elásticos, manipulables, manejables.

Es la propiedad mediante la cual los cuerpos pueden formar láminas.

1.6 POROSIDAD

Característica de algunos materiales de ser absorbentes, perforados, huecos, filtrables, ligeros y esponjosos.

Es la propiedad que tienen los cuerpos de poseer espacios vacíos en su estructura

PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA MATERIA

2. ÓPTICAS

2.1 COLOR

El color se debe a la propiedad que tienen todos los cuerpos de absorber y reflejar ciertas radiaciones electromagnéticas

2.2 BRILLO

Propiedad de Propiedad de los cuerpos de los cuerpos de emitir o reflejar emitir o reflejar la luz.la luz.

2.3 TRANSPARENCIA

Propiedad de algunos cuerpos de permitir ver con claridad los objetos colocados al otro lado de él.

2.4 OPACIDAD

Propiedad de los cuerpos de permitir el paso limitado de luz

2.5 LUMINISCENCIA

Propiedad de Propiedad de algunos de algunos de cuerpos de cuerpos de despedir luz.despedir luz.Ejemplo los tubos Ejemplo los tubos fluorescentesfluorescentes

2.6 REFLEXIÓN

Propiedad que presentan ciertos cuerpos de cambiar la dirección de un rayo luminoso al llegar a él.

2.7 ABSORCIÓN

Propiedad que tienen algunos cuerpos de absorber o retener el paso de la luz


3. QUÍMICAS

3.1 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN Y OXIDACIÓN

Propiedad que se le Propiedad que se le aplica algunos aplica algunos metales y plásticos metales y plásticos para evitar la para evitar la destrucción paulatina destrucción paulatina debido a la acción de debido a la acción de agentes externos.agentes externos.

3.2 INFLAMABILIDAD

Propiedad de Propiedad de algunos algunos materiales de materiales de soportar altas soportar altas temperaturas sin temperaturas sin modificar sus modificar sus característicascaracterísticas

3.3 PROPIEDADES CATALIZADORAS

Cuerpo capaz de Cuerpo capaz de producir la producir la transformación transformación catalítica.catalítica.Transformación Transformación química motivada química motivada por sustancias por sustancias que no se alteran que no se alteran en el curso de la en el curso de la reacciónreacción

3.4 PUREZA

Libre y exento de Libre y exento de toda mezcla de toda mezcla de otra cosaotra cosa


4. ELÉCTRICAS

4.1 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

Propiedad que Propiedad que tienen algunos tienen algunos materiales de materiales de conducir conducir corriente corriente eléctrica, por eléctrica, por ejemplo algunos ejemplo algunos metalesmetales

4.2 PROPIEDADES DIELÉCTRICAS

INVESTIGARINVESTIGAR

4.3 CAPACIDAD DE SOPORTAR ALTOS VOLTAJES



5. TÉRMICAS

5.1 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Propiedad que tienen algunos materiales de conducir calor

5.2 AISLAMIENTO TÉRMICO



6. MAGNÉTICAS

6.1 CAPACIDAD DE MAGNETIZARSE TEMPORAL O

PERMANENTEMENTEPropiedad de Propiedad de algunos metales de algunos metales de imantarse al ser imantarse al ser sometidos a la sometidos a la acción de un acción de un campo magnético campo magnético producido por un producido por un elemento llamado elemento llamado solenoide en el que solenoide en el que circula la corriente circula la corriente eléctrica.eléctrica.

6.2 PERMEABILIDAD AL CAMPO MAGNÉTICO

Propiedad de Propiedad de algunos materiales algunos materiales en las que las en las que las líneas de campo líneas de campo magnético se magnético se concentran en concentran en mayor cantidad por mayor cantidad por unidad de área.unidad de área.


7. ACÚSTICAS

7.1 CAPACIDAD DE ABSORBER O REFLEJAR EL SONIDO

Propiedad de Propiedad de algunos materiales algunos materiales de permitir el paso de permitir el paso o no de las ondas o no de las ondas de audio a través de audio a través de élde él

7.2 FRECUENCIA DE VIBRACIÓN

Característica de Característica de rigidez que rigidez que presentan algunos presentan algunos materiales al vibrar materiales al vibrar cuando una fuente cuando una fuente de sonido está de sonido está cerca de élcerca de él


8. BIOLÓGICAS

8.1 TOXICIDAD


8.2 COMPATIBILIDAD CON TEJIDO BIOLÓGICO

Propiedad que tienen Propiedad que tienen algunos metales y algunos metales y elementos plásticos elementos plásticos de no presentar de no presentar rechazo al ser rechazo al ser combinados o combinados o colocados en colocados en organismos organismos pluricelularespluricelulares

8.3 BIODEGRADACIÓN

Propiedad de la Propiedad de la materia de evitar el materia de evitar el proceso de proceso de descomposicióndescomposiciónmediante la acción mediante la acción de organismos de organismos vivientes vivientes


9. NUCLEARES

9.1 RADIOACTIVIDAD

Característica de Característica de algunos materiales algunos materiales de desintegrarse de desintegrarse espontáneamente espontáneamente emitiendo emitiendo partículas o partículas o radiaciones radiaciones electromagnéticas.electromagnéticas.

9.2 POSIBILIDAD DE FISIÓN O FUSIÓN NUCLEAR

Característica de la Característica de la composición de los composición de los átomos de los átomos de los materiales de unirse materiales de unirse o separarse o separarse provocando con ello provocando con ello un aumento de un aumento de energía radioactiva.energía radioactiva.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

Además de las anteriores clasificaciones, también pueden clasificarse en tres grupos los cuales son:

Propiedades generalesPropiedades generales: Son aquellas que son comunes a todos los cuerpos como volumen, masa, peso, inercia, impenetrabilidad, porosidad, divisibilidad y elasticidad.

Propiedades particularesPropiedades particulares: Son las que tienen sólo algunos cuerpos: dureza, tenacidad, ductilidad, maleabilidad, etc.

Propiedades específicasPropiedades específicas: Permiten diferenciar a los cuerpos: estado físico de agregación, color, sabor, olor, solubilidad, punto de ebullición y densidad.

DIFERENCIADIFERENCIAS ENTRE S ENTRE

LOS LOS CUERPOSCUERPOS

SÓLIDOS Y SÓLIDOS Y FUÍDOSFUÍDOS

DIFERENCIAS ENTRE LOS DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y FLUIDOSCUERPOS SÓLIDOS Y FLUIDOS

Se sabe que los cuerpos se hayan en la Se sabe que los cuerpos se hayan en la naturaleza en cuatro estados: sólido, líquido, naturaleza en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso o vapor y plasma; y que al variar la gaseoso o vapor y plasma; y que al variar la temperatura podemos modificar su estado temperatura podemos modificar su estado físico.físico.La característica de La característica de los sólidos es que los sólidos es que tienen forma propia tienen forma propia y que no se y que no se deforman de forma deforman de forma espontánea, a espontánea, a menos que menos que intervenga una intervenga una fuerza.fuerza.

DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOSSÓLIDOS Y FUÍDOS

Una de las características de los Una de las características de los sólidos es la sólidos es la RIGIDEZ, RIGIDEZ, que se define la que se define la resistencia que opone un sólido para resistencia que opone un sólido para ser deformado. Esta deformación no ser deformado. Esta deformación no sólo depende de la fuerza que se le sólo depende de la fuerza que se le aplique al cuerpo sino del área sobre la aplique al cuerpo sino del área sobre la que se aplica dicha fuerza. que se aplica dicha fuerza.

A esta relación se le conoce con el A esta relación se le conoce con el nombre de:nombre de:

PRESIÓN, FATIGA O ESFUERZO.PRESIÓN, FATIGA O ESFUERZO.

DIFERENCIAS ENTRE LOS DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOSCUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOS

De acuerdo con la De acuerdo con la Teoría CinéticaTeoría Cinética, las , las partículas de un sólido están en constante partículas de un sólido están en constante vibración, aunque sin cambiar de posición.vibración, aunque sin cambiar de posición.

En cambio, las partículas de líquidos y En cambio, las partículas de líquidos y gases están gases están fluyendofluyendo constantemente, es constantemente, es decir, están en permanente movimiento, decir, están en permanente movimiento, cambiando de posición (aun en un vaso con cambiando de posición (aun en un vaso con agua donde aparentemente el líquido no se agua donde aparentemente el líquido no se mueve).mueve).

Por esto, a las sustancias que presentan Por esto, a las sustancias que presentan los estados de líquido y gas se los conoce como los estados de líquido y gas se los conoce como fluidos.fluidos.

TEORÍA CINÉTICA DE LA TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIAMATERIA

La materia está formada por partículas en constante movimiento.

1. Toda la materia está compuesta de partículas (átomos, moléculas o iones)

2. Las partículas de la materia están en constante movimiento

3. Los choques entre partículas son perfectamente elásticos.

DIFERENCIAS ENTRE LOS DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOSCUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOS

Una característica Una característica importante es que importante es que

los sólidos y líquidos los sólidos y líquidos son:son:

INCOMPRESIBLES.INCOMPRESIBLES.

Y los gases son:Y los gases son:

COMPRESIBLES.COMPRESIBLES.

DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS DIFERENCIAS ENTRE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y FUÍDOSSÓLIDOS Y FUÍDOS

Hemos señalado que el nombre de fluidos se Hemos señalado que el nombre de fluidos se le puede dar tanto a un líquido como a un le puede dar tanto a un líquido como a un gas, ya que ambos presentan características gas, ya que ambos presentan características comunes, como el de no tener forma propia y comunes, como el de no tener forma propia y para ser trasladados deben estar contenidos para ser trasladados deben estar contenidos en recipientes. en recipientes.

Los gases tienen menor densidad que los Los gases tienen menor densidad que los líquidos, debido a que no hay líquidos, debido a que no hay cohesióncohesión entre entre las moléculas, por lo que estas se encuentran las moléculas, por lo que estas se encuentran separadas unas con otras, lo cual permite separadas unas con otras, lo cual permite comprimirlos con facilidad, mientras que un comprimirlos con facilidad, mientras que un líquido es prácticamente incompresible.líquido es prácticamente incompresible.

Pero mientras que los Pero mientras que los líquidos ocupan líquidos ocupan determinado espacio del determinado espacio del recipiente, los gases ocupan recipiente, los gases ocupan todo el espacio posible, todo el espacio posible, debido a que tampoco debido a que tampoco tienen volumen propio.tienen volumen propio.

Por otro lado, los líquidos y los Por otro lado, los líquidos y los gases tienen una gases tienen una característica común: no característica común: no tienen forma propia y tienen forma propia y adquieren la del recipiente adquieren la del recipiente que los contiene.que los contiene.

SÓLIDOS-LÍQUIDOS-SÓLIDOS

Cuando un chocolate se nos derrite en la Cuando un chocolate se nos derrite en la mano, nos damos cuenta que adquiere la mano, nos damos cuenta que adquiere la característica de un líquido muy espeso, característica de un líquido muy espeso, para después terminar siendo un líquido para después terminar siendo un líquido bastante aguado. bastante aguado.

En este ejemplo nos estamos refiriendo a En este ejemplo nos estamos refiriendo a una propiedad de la materia llamada una propiedad de la materia llamada VISCOSIDAD,VISCOSIDAD, que se encuentra tanto en que se encuentra tanto en los líquidos como en los gases.los líquidos como en los gases.

VISCOSIDADVISCOSIDAD

En la hidrodinámica, la viscosidad es: la dificultad o resistencia que presenta un fluido para moverse.

Mientras más viscoso es un líquido, su comportamiento es más parecido a un sólido.


La viscosidad de los fluidos se debe a la existencia de fuerzas de atracción entre sus partículas. Dicha atracción crea una especie de rozamiento cuando las partículas se mueven unas en contra de otras de manera parecida a lo que sucede cuando una superficie sólida se desliza sobre otra. Como cuando frotamos las manos se produce calor debido a la fricción.

VISCOSIDADVISCOSIDADCuando se arrastra un cuerpo dentro de algún fluido, éste lo fricciona tratando de impedir su movimiento. Cuando un fluido se desplaza dentro de un tubo pierde energía la friccionarse. Por eso resulta caro llevar agua a las ciudades: porque pierde energía al fluir dentro de las tuberías y es necesario bombear constantemente.


Obviamente entre más viscoso sea, mayor será la fricción existente.

¿Qué relación hay entre las ¿Qué relación hay entre las gotas de lluvia y el hecho de gotas de lluvia y el hecho de

que los insectos puedan que los insectos puedan posarse sobre la superficie del posarse sobre la superficie del

agua sin hundirse?agua sin hundirse?

TENSIÓN SUPERFICIALTENSIÓN SUPERFICIAL

Lo que sucede es que las moléculas de los líquidos tienden a juntarse unas con otras debido a las fuerzas de cohesiónfuerzas de cohesión. Cada molécula de un líquido es jalada hacia todas las direcciones por sus vecinas. Pero como en la superficie no hay partículas que jalen hacia fuera, ocurre que en las moléculas que están en la superficie de un líquido se forma una tensión, al ser jaladas por las que están abajo y a los costados. A esto se le conoce como TENSIÓN SUPERFICIAL.

PROPIEDAD DE LOS PROPIEDAD DE LOS FLUIDOSFLUIDOS

Capilaridad: fenómeno relacionado con las Capilaridad: fenómeno relacionado con las fuerzas de cohesión que se genera cuando fuerzas de cohesión que se genera cuando un líquido entra en contacto con un sólido, un líquido entra en contacto con un sólido, ejerciendo atracción entre las moléculas del ejerciendo atracción entre las moléculas del líquido y el sólido. En el sólido a este líquido y el sólido. En el sólido a este fenómeno se le conoce como: Adherenciafenómeno se le conoce como: Adherencia

Cohesión: Fuerzas de atracción que Cohesión: Fuerzas de atracción que mantiene unidas a las partículas en los mantiene unidas a las partículas en los fluidosfluidos

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