PDF (Partículas y sistemas de partículas. Idealizaciones)

animal camina o corre, su movimiento es el resultado de sus
interacciones con el piso sobre el cual se desplaza. Las
interacciones se describen convenientemente, en Mecánica
Newtoniana, por medio de un concepto matemático llamado
f u e r z a . Puede decirse entonces que cuando los diferentes
sistemas materiales interactuan entre si a e e j e r c e n f u e r z a s
mutuaaiente, y las fuerzas que actúan sobre cada uno de los
sistemas interactuantes determina su movimiento. Asi,la
Mecánica Newtoniana es el estudio de la relación entre la
fuerza y el movimiento
resultante: busca
relacionar
Guantitflti.vamentifí los movimientos de los cuerpos con las
fuerzas que actúan dobre ellos. (5,2)
Otros conceptos, además del concepto de f u e r z a , han
sido creados para representar lae interacciones en una forma
conveniente y útil: los conceptos de e n e r g í a y c a n t i d a d de
movimiento o momentum. En estos términos, la interacción
entre dos
sistemas físicos puede describirse como un
intercambio de energía o como un intercambio de cantidad de
novlBiento o momentmn. (5)
3.PARTÍCULAS Y
SISTEMAS DE PARTÍCULAS,
IDEALIZACIONES
Todo sistema
físico macroscópico
es un agregado
numeroso de átomos o moléculas separados entre sí ix>r alguna
distancia. Sin embargo, en muchas ocasiones, al estudiar el
movimiento de algún cuerE>o o conjunto de cuerpos es posible
despreciar las distancias existentes entre las diferentes
partes del sistema y considerar el sistema entero como si
fuera un p u n t o m a t e r i a l . Se dice entonces que el sistema
físico puede
tratarse como una p a r t í c u l a m a t e r i a l , o
simplemente, como
una p a r t í c u l a .
No existen
puntos
materiales en la Naturaleza:
la partícula
es
una
abstracción, un objeto teórico -representación idealizada de
cuerpos reales. (6)
Así, cuando tratamos con un problema físico en el cual
un cuerpo es muy pequeño en comparación con las distancias o
longitudes involucradas en el problema, podemos tratar ese
cuerpo como una partícula en nuestro modelo matemático, y
representarlo por medio de un punto en un diagrama. Por
ejemplo, al estudiar el movimiento de translación de la
Tierra en su órbita alrededor del Sol, podemos tratar el
planeta como
si fuera
una partícula (pues su radio
(6.37*103Km) es muy pequeño comparado con la distancia
Tierra-Sol (1.5*10SKm)) y admitir que toda la materia de la
Tierra se encuentra, por asi decir, concentrada en un punto.
Pero al estudiar su rotación diaria alrededor de su eje, los
movimientos de
la corteza
terrestre o
su actividad
volcánica, no
podemos considerar
la Tierra como una
partícula, sino como un sistema físico complejo cuyas partos
están en
movimiento relativo, siendo precisamente las
variaciones de las distancias relativas entre las partes del
planeta objeto de descripción y análisis en estos estudios.
Asimismo, un
bloque que desliza sin rotar sobre una
superficie sólida puede tratarse como
una partícula al
estudiar su movimiento de translación, aunque en realidad el
bloque ee un cuerpo sólido formado por un enorme número de
átomos o moléculas; ei el bloque encuentra un obstáculo en
8u camino y se voltea, ya no podrán despreciarse las
distancias relativas entre las partes del bloque y no podrá
tratarse como una partícula.
Ahora bien, si el sistema físico en estudio está
formado por un conjunto de cuerpos y cada uno de e l l o s puede
t r a t a r s e como
una p a r t í c u l a ,
tenemos un
s i s t e m a de
p a r t í c u l a s . Más generalmente, desde el punto de vista de la
física clásica, todo cuerpo macroscópico o todo sistema de
cuerpos puede ser subdividido en pensamiento en partes
macroscópicamente pequeñas, en interacción las unas con las
otras; cada una de esas partes puede ser tratada como una
partícula material, de modo que el estudio del movimiento de
un sistema de cuerpos se reduce al de un sistema de
partículas materiales que interactuan entre sí y con los
cuerpos que lo rodean. Si el sistema esté formado por un
conjunto finito de cuerpos que pueden ser tratados como
partículas, decimos
que es
un s i s t e m a
discreto
de
p a r t í c u l a s ; pero si el sistema está formado por cuerpos que
aparentemente llenan por completo el espacio que ocupan
(sólidos rotando, líquidos fluyendo, etc.), se considera quo
el cuerpo
está formado
por un conjunto de trocitos
macroscópicos (elementos diferenciales) del mismo cuerpo, y
que el cuerpo es c o n t i n u o . La hipótesis de continuidad
implica que no hay vacíos entre las partes que forman el
cuerpo, lo
cual es
claramente una
idealización: se
representa, en el pensamiento, un cuerpo real hecho de
átomos y vacio por un cuerpo ideal formado por partículas
diferenciales que se distribuyen en forma continua. Se dice
entonces que tenemos un s i s t e m a c o n t i n u o de p a r t í c u l a s .
Los sistemas físicos que se estudian habitualmente en
Mecánica estén en estado sólido, líquido o gaseoso. Los
líquidos y gases se agrupan bajo el nombre de f l u i d o s . Los
sólidos y los fluidos se diferencian, desde un punto de
vista macroscópico, en la manera como se deforman cuando se
les aplicíui fuerzas externas: los sólidos se deforman poco
si las fuerzas son pequeñas recuperado su forma cuando éstas
dejan de actuar sobre ellos, mientras los fluidos cambian
continuamente de forma cuando sobre ellos se ejerce una
fuerza tangencial.
Se dice que un sistema físico es un cuerpo r í g i d o
cuando las distancias entre las partículas del sistema no
cambian al transcurrir el tiempo aunque sobre él actúen
fuerzas externas. En otras palabras, un cuerpo se puede
considerar rígido si no se deforma bajo la acción de
fuerzas. En contraposición, un cuerpo déformable es un
sistema de partículas (discreto o continuo) en el cual las
distancias entre diferentes puntos cambian con el tiempo si
hay fuerzas actuando sobre él.
4 . E S T A D O S
D E
L A
M A T E R I A
4.1 SOLIDOS
4.2 LÍQUIDOS
4.3 GASES Y PLASMAS
La sustancia,
la materia
que constituye nuestro
universo, se compone de unas 100 clases diferentes de
átomos, todos con mayor o menor movimiento -un número enorme
de diminutas formas complejas inmersas en un baile oculto y
sin fin-. Su número es tan sumamente grande, que si
tomáramos las moléculas contenidas en una cuchara sopera de
agua (6.02*1023), y ias pusiéramos en fila, cubrirían la
distancia al sol 1000 veces.
Los innumerables átomos, moléculas e iones del cosmos
no se distribuyen en una nube uniforme; de alguna forma se
agrupan en estrellas, océanos, floreros y brisas frías. Bajo
la Influencia
de
fuerzaa
eléctrlcaa,
estos
plintos
individuales submicroscópicos se combinan en incontables
billones para producir las acumulaciones familiares que
percibimos en conjunto como materia.
Los tipos de átomos que se reúnen determinan la fuerza
de sus interacciones y éstas a su vez, definen la estructura
final de la sustancia en un ambiente dado. Si las fuerzas
entre las partículas son suficientemente fuertes, el grupo
de átomos,
como un
todo, m a n t e n d r á
s u forma y volumen (la
cantidad de espacio que ocupa). Esta es la característica
distintiva de un a ó l l d o - aparte del hecho de poder ser
denso o duro,o de poderlo sostener en la mano-. Un l i q u i d o
se caracteriza por fuerzas de enlace más débiles que le
permiten fluir, tomando l a forma del r e c i p i e n t e gue l o
c o n t i e n e , aunque
manteniendo un volumen c o n s t a n t e con
i n d e p e n d e n c i a de
su forma.
Si
las
fuerzas
son
aun
más
débiles,el material existe como un gaa; los átomos o
moléculas tienden a dispersarse, y la sustancia toma t a n t o
l a forma como e l volumen del r e c i p i e n t e gue l o c o n t i e n e .