La materia, propiedades. Magnitudes y su medida.

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La materia, propiedades.
Magnitudes y su medida.
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¿Qué es la materia?
En este tema vamos a estudiar algunas propiedades que observamos en la materia en los tres estados
en los que se puede presentar: sólido, líquido y gaseoso. Haremos uso de un modelo que permita explicar
dichas propiedades, o sea, haremos suposiciones(hipótesis) de cómo es la materia y comprobaremos
cómo funcionan esas suposiciones para explicar lo que vemos. Pero antes de todo vamos a concretar
lo que entendemos por materia. Materia es todo lo que tiene las siguientes características:
• Tiene masa, por tanto, podemos pesarla.
• Ocupa un espacio que es impenetrable por otra materia, es decir, diremos que tiene volumen.
Vamos a llamar sistema material a cualquier parte del universo, constituida por materia, a la que
podemos considerar separada del resto del universo por límites reales o imaginarios.
A-1. De acuerdo con la definición anterior, cuáles de los siguientes casos consideras que son sistemas
materiales:
a) Una piedra
b) La inteligencia
c) Una pila eléctrica
d) El Sol junto con sus planetas
e) Un hígado
f) Un cuerpo humano g) Una célula del hígado h) El aire de una habitación
i) El peso del aire j) El calor que desprende una estufa
Tres estados de agregación para la materia
Conocemos la materia en tres formas o estados: sólido, líquido y gaseoso. Sabemos que una
sustancia, por ejemplo agua, puede presentarse en cualquiera de estas tres formas según sea la
temperatura a la que esté.
• Los cuerpos en estado sólido poseen forma propia que, dentro de ciertos límites, subsiste aún cuando
existan fuerzas exteriores que tiendan a deformarlos. Tienen volumen propio. Son prácticamente
incompresibles. La sal común de mesa (cloruro de sodio), el hielo, el acero, el oro, la plata, son
ejemplos de cuerpos sólidos.
• Los cuerpos en estado líquido no poseen forma propia, adoptan la forma del recipiente que los
contiene. Poseen volumen propio. Son muy poco compresibles. El alcohol, el agua oxigenada, la
acetona, el jugo de naranja filtrado, son ejemplos de cuerpos líquidos.
• Los cuerpos en estado gaseoso no tienen forma ni volumen propios, adoptan la forma y al volumen
del recipiente que los contiene. Son fácilmente compresibles. El aire, el vapor de agua, el cloro, son
ejemplos de cuerpos gaseosos.
Un mismo cuerpo, por efectos de la variación de la temperatura o de la presión a las que se encuentran,
puede pasar de un estado de agregación a otro. A este proceso se lo denomina Cambio de Estado.
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La materia
masa, volumen y densidad
La masa es una propiedad general de la materia, es decir, cualquier cosa constituida por materia
debe tener masa. Además es la propiedad de la materia que nos permite determinar la cantidad de
materia que posee un cuerpo. La masa está relacionada proporcionalmente con el peso, es decir,
a mayor masa mayor es el peso del cuerpo. Además de masa, los cuerpos tienen una extensión en
el espacio, ocupan un volumen. El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que
ocupa su materia y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, decimos entonces que los cuerpos son
impenetrables.
La magnitud física que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo es la densidad, se define como
el conciente entre la masa y el volumen que ocupa un cuerpo.
densidad =
masa
volumen
propiedades generales y características de la materia
• La masa y el volumen son propiedades generales de la materia.
• La masa nos indica la cantidad de materia de un cuerpo.
• El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Las unidades de volumen son unidades derivadas.
• La capacidad de un recipiente es su volumen interior. Se suele medir en litros (L).
• La densidad es una propiedad caracterísitica de la materia porque nos permite identificar una
sustancia pura y diferenciarla de otra.
Magnitudes y medida
Para la física y la química, en su calidad de ciencias experimentales, la medida constituye una
operación fundamental. Sus descripciones del mundo físico se refieren a magnitudes o propiedades
medibles. Las unidades, como cantidades de referencia a efectos de comparación, forman parte de los
resultados de las medidas.
La medida es la operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica.
Se consideran ciencias experimentales aquellas que por sus características y, particularmente por el
tipo de problemas de los que se ocupan, pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de la
experimentación. Y toda experimentación se basa en la observación, la medida de ciertas propiedades
y a partir de los datos la comprobación o emisión de hipótesis que permitan elaborar una teoría.
Magnitud, cantidad y unidad
Se denominan magnitudes a ciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico que
pueden ser expresados en forma numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o
atributos medibles.
La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos de
magnitudes físicas. La belleza, sin embargo, no es una magnitud, entre otras razones porque no es
posible elaborar una escala y mucho menos un aparato que permita determinar cuántas veces una
persona o un objeto es más bello que otro. La sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se trata de
aspectos cualitativos porque indican cualidad y no cantidad.
La cantidad se refiere al valor que toma una magnitud dada en un cuerpo o sistema concreto. Por
ejemplo: 10 metros, 30 minutos, 70 kilogramos, etc.
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La materia
Se denomina unidad a una cantidad que se toma como referencia y el sistema físico que encarna la
cantidad considerada como una unidad se denomina patrón. Por ejemplo: el segundo, el metro, el
km/h, etc. Por tanto,
La medida de una magnitud física supone, en último extremo, la comparación del objeto que
encarna dicha propiedad con otro de la misma naturaleza que se toma como referencia (unidad) y
que constituye el patrón.
Tipos de magnitudes
Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. Un grupo
importante de ellas quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante
un número seguido de la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben el nombre de
magnitudes escalares. La longitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son sólo algunos
ejemplos. Sin embargo, existen otras que precisan para su total definición que se especifique, además de
los elementos anteriores,una dirección o una recta de acción y un sentido: son las llamadas magnitudes
vectoriales o dirigidas. La fuerza es un ejemplo claro de magnitud vectorial, pues sus efectos al actuar
sobre un cuerpo dependerán no sólo de su cantidad,sino también de la línea a lo largo de la cual se
ejerza su acción.
Sistema de unidades
En las ciencias físicas es posible seleccionar un conjunto reducido pero completo de magnitudes de
tal modo que cualquier otra magnitud pueda ser expresada en función de dicho conjunto. Esas pocas
magnitudes se denominan magnitudes fundamentales, mientras que el resto que pueden expresarse
en función de las fundamentales reciben el nombre de magnitudes derivadas. Cuando se ha elegido
ese conjunto reducido y completo de magnitudes fundamentales y se han definido correctamente sus
unidades correspondientes, se dispone entonces de un sistema de unidades.
La definición de unidades dentro de un sistema se atiene a diferentes criterios. Así la unidad ha de
ser constante como corresponde a su función de cantidad de referencia equivalente para las diferentes
mediciones,pero también ha de ser reproducible con relativa facilidad en un laboratorio.
El Sistema Internacional de Unidades (SI)
A lo largo de la historia el hombre ha venido empleando diversos tipos de sistemas de unidades.
El SI es el sistema práctico de unidades de medidas adoptado por la XI Conferencia General de Pesas
y Medidas celebrada en octubre de 1960 en París. Trabaja sobre siete magnitudes fundamentales
(longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura absoluta, intensidad luminosa
y cantidad de sustancia) de las que se determinan sus correspondientes unidades fundamentales (metro,
kilogramo, segundo, ampere, Kelvin, candela y mol). De estas siete unidades se definen las derivadas
(coulomb, joule, newton, pascal, volt, ohm, etc.), además de otras suplementarias de estas últimas.
Sistema Internacional de unidades S.I.
Magnitud base
Nombre unidad
longitud
metro
masa
kilogramo
tiempo
segundo
corriente eléctrica
Ampere
temperatura termodinámica
Kelvin
cantidad de sustancia
mol
intensidad luminosa
candela
Símbolo
m
kg
s
A
K
mol
cd
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La materia
Actividades
1. Distingue entre los siguientes conceptos: objeto, propiedad, magnitud y cantidad.
2. Clasifica la siguiente lista en objeto, magnitud y cantidad: ventana, masa, coche, cien kilómetros
por hora, número de ruedas de un coche, altura, silla, un cuarto de kilogramo, cero grados,
precio.
3. Relaciona las siguientes columnas:
Objeto
trozo de hierro
persona
mesa
enciclopedia
Magnitud
anchura
masa
precio
edad
Cantidad
75000 e
15 años
250 g
37 cm
4. Señala entre las siguientes propiedades las que son magnitudes físicas: la presión atmosférica, la
altura, la duración de una clase, el interés de un tema actual, el volumen de un recipiente, la
frecuencia de salida de un autobús.
5. ¿Qué unidades utilizarías para medir una longitud, un periodo de tiempo, una temperatura y
una superficie?
6. Distingue entre magnitudes fundamentales y derivadas. Pon algún ejemplo y escribe sus unidades
en el S.I.
7. Determina el volumen del aula.
8. ¿Qué cantidad es mayor 1600 g o 1’8 kg; 1450 mm o 1’3 m?
9. Dos cuerpos macizos, de formas diferentes, ¿Cómo comprobarías que están hechos del mismo
material?
10. Un terreno mide 10 m de frente por 30 m de fondo. ¿Cuál es su área?
11. ¿Cuántos cm3 contiene un litro (L)? ¿Y cuántos litros tiene 1 m3
12. Una caja de zapatos mide 30 cm de largo, 12 cm de ancho y 10 cm de alto. ¿Cuál es el volumen
de la caja? Exprésalo en cm3 y en L.
13. Una piscina tiene 50 m de longitud, 25 m de ancho, 2 metros de profundidad. Cuál es el área
de su superficie? Cuál es el volumen de agua que ella contiene, cuando está totalmente llena?
Cuántos botellas, de 250 mL, podría llenar con toda el agua de la piscina?
14. ¿Cómo medirías el volumen de una piedra? Método de inmersión.
15. ¿Cuál sería la densidad de un trozo de metal que desplaza un volumen de 76 mL y tiene una
masa de 676’4 g? ¿Se puede saber de qué metal se trata?
g
; así, por ejemplo, la densidad del níquel es de
16. Con frecuencia, la densidad se expresa en
cm3
g
8′ 9
. ¿Cuál será la masa de un bloque de níquel de 2 cm3 de volumen?
cm3
17. Con la ayuda de una balanza y dos vasos de precipitados, ¿cómo distinguirías dos líquidos
incoloros? Por ejemplo agua ( d = 1 g/cm3 ) y alcohol etílico ( d = 0′ 8 g/cm3 )
18. ¿Cuántos kilogramos de aceite caben en un cubo hueco de 10 cm de arista? daceite = 0′ 9
g
cm3
19. ¿Cuantos litros de agua caben en un tanque cúbico de 2 m de lado?
20. Si una mesa y una silla tienen la misma masa, ¿estarán hechas con el mismo material?
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La materia
21. Responde, razonadamente, verdadero o falso a las siguientes cuestiones:
a)
b)
c)
d)
e)
1 cm3 de agua tiene 1 g de masa.
1 cm3 de agua tiene igual masa que 1 g de aceite.
1 cm3 de aceite equivale a 1 g de aceite.
1 cm3 de aceite tiene igual masa que 1 g de agua.
El aceite comprado a 5 e/L es más barato que el comprado a 5 e/kg.
22. Rellena la siguiente tabla:
Unidades de volumen
3
3
– m – – dm – – cm3 – – L – – dL – – cL – – mL –
1
1
23. Completar la siguiente imagen con los nombres de los cambios de estado:
24. La masa de un vaso vacío es 274 g. Se mide, con una probeta graduada, 200 mL de aceite de
oliva y se vierten en el vaso. Se pesa el vaso con su contenido, obteniendo un valor de 456 g.
¿Cuál es la densidad del aceite?
g
).
25. Calcula el volumen en litros que tendrán 2 kg de poliestireno expandido (densidad = 0,92
cm3
26. Ana tiene unas bolas de petanca de acero inoxidable. Su hermano Juan tiene otras de idéntica
forma y tamaño, pero de aluminio, que son menos pesadas. Cada uno llena un cubo con agua
hasta el borde e introduce cuidadosamente en él sus dos bolas de petanca, recogiendo, en una
probeta graduada, el agua que se derrama. ¿Qué volumen recogerá Ana, más, menos, o igual
volumen que Juan?
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