alumno/a aula curso escolar - …milibrodigital.aulaalustante.com/libro digital/1nat/03 la materia...

1 TEMA 3: La materia y las fuerzas CRA Sexma de La Sierra. CIENcias NAtuRAles

Alumno/a

Aula

Curso escolar


La materia

A través de los sentidos (vista, oído, tacto, gusto y olfato) recibimos información sobre todo lo que nos rodea. Percibimos objetos de diversas clases, formas, tamaños, gustos y olores. Todos estos objetos que nos presenta la naturaleza están formados por materia.

* Materia es todo aquello que forma el universo físico (tiene masa) y ocupa un lugar en el espacio (tiene volumen). La materia se puede sentir (ver, tocar, oler…) y se puede medir.

Encontramos a nuestro alrededor diferentes tipos de materia. Los llamamos sustancias o materiales.

La materia se presenta en diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Y tiene diversas propiedades, que clasificamos en propiedades generales y específicas.

Propiedades generales de la materia

Las propiedades generales de la materia son aquellas que poseen todos los tipos de materia, sin importar las sustancias que la constituyan o el estado físico en el que se encuentre, por lo que nos permiten describirla, pero no diferenciarla.

Las propiedades generales de la materia son la masa y el volumen. Todas las sustancias tienen masa y volumen, por lo que no podemos diferenciar una sustancia de otra diciendo, por ejemplo, que pesa 1 kg o que ocupa 1 dm3.

LA MASA:

* Masa es la cantidad de materia que tiene un objeto. Se mide en gramos (g) y sus múltiplos y submúltiplos (kg, mg…)

EL VOLUMEN:

* Volumen es la cantidad de espacio que ocupa un objeto. Se mide en centímetros cúbicos (cm3) y sus múltiplos y submúltiplos. En el caso de los líquidos, se mide en mililitros (ml).

Equivalencias de las medidas de volumen y las de capacidad:

volumen capacidad

1 cm3 1 ml 10 cm3 1 cl

100 cm3 1 dl 1.000 cm3 = 1 dm3 1 l

10 dm3 1 Dl 100 dm3 1 Hl

1.000 dm3 = 1 m3 1 Kl


Medir la masa y el volumen

MEDIR LA MASA:

Podemos medir directamente la masa de objetos sólidos pequeños (con balanzas) o grandes (con básculas). La expresamos en gramos, kilogramos, toneladas…

Para medir la masa de los líquidos usamos el método de la doble pesada.

MEDIR EL VOLUMEN:

Para medir directamente el volumen de los líquidos se utilizan probetas, que son vasos graduados.

Para medir el volumen de un sólido de forma irregular, por ejemplo un trozo de roca, lo sumergimos en un líquido que tenga una cierta cantidad de agua. La diferencia de las medidas, la de antes y la de después de sumergirlo, nos da su volumen.

En la imagen, 270 cm3 – 220 cm3 = 50 cm3.


Propiedades específicas de la materia.

Propiedades específicas de las sustancias o materiales son aquellas características que nos permiten diferenciar unas de otras. Por ejemplo, el brillo, el color, la dureza, la elasticidad, la densidad…

Algunas de estas propiedades varían además en cada sustancia dependiendo del estado de agregación en el que se encuentren (sólido, líquido, gas).

DENSIDAD:

* La densidad (d) es la relación entre la masa (m) y el volumen (V) de una sustancia

Fórmula Medidas

d = m g kg

V cm3 dm3

Si un kilogramo de madera ocupa un volumen mayor que un kilogramo de hierro, al calcular su densidad dividimos su masa por un número mayor que en el caso del hierro. Por tanto su densidad es más pequeña: la madera es menos densa que el hierro.

Para calcular la densidad de diferentes objetos pequeños necesitaremos una probeta y una báscula de precisión. Así lo haremos en actividades del tema.

dividida por

= densidad

masa volumen

FLOTABILIDAD

Para clasificar una sustancia sólida en relación con esta propiedad, observamos si se mantiene o no en la superficie de un líquido sin hundirse (generalmente, el líquido es agua).

La flotabilidad está relacionada con la densidad. Si el sólido es menos denso que el líquido flota sobre él. Si es más denso, se hunde.

¿Y si la densidad del sólido y el líquido es la misma? Para comprobar esto, entre las actividades del tema tienes una experiencia con agua, azúcar, sal y un huevo.

ESTADO DE AGREGACIÓN

En condiciones dadas (temperatura, presión), cada sustancia se encuentra en alguno de los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido o gaseoso.

Sólidos Líquidos Gases

Tienen volumen fijo.

Tienen forma propia.

No se pueden comprimir.

No fluyen por sí mismos.

Tienen volumen fijo.

No tienen forma propia.

Son muy poco compresibles.

Difunden y fluyen por sí mismos.

Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.

No tienen forma fija.

Son fácilmente compresibles.

Difunden y tienden a mezclarse con otros gases.


PUNTOS DE CAMBIO DE ESTADO

Cada sustancia pasa de un estado de agregación a otro a determinadas temperaturas. Estas temperaturas se llaman puntos de cambio de estado.

Así, sabemos que el agua se hiela (pasa de líquido a sólido) a 0º C, y hierve haciéndose gas a 100ºC.

Pero en la despensa de casa podemos ver el aceite sólido en la botella a sólo 10º C. El aceite de oliva, por ejemplo, al no ser una sustancia pura sino una mezcla, tiene un punto de congelación

muy variable (entre 23 y 5,5º C), pero siempre por encima del punto del agua.

Las bebidas alcohólicas en cambio, que son también mezclas, tienen una proporción variable del alcohol etanol (el punto de ebullición del etanol es de 78.4° C, su punto de congelación, -114° C; los de las sustancias de la mezcla son variables).

La siguiente tabla indica cómo se denominan los cambios de estado:

inicial\final sólido líquido gas

sólido

fusión sublimación

líquido

solidificación

evaporación

o ebullición

gas sublimación inversa condensación

También se pueden ver en este gráfico.

Las dos condiciones de las que depende que una sustancia simple o una mezcla se encuentre en un estado o en otro son temperatura y presión:

Un aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen la fusión, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos.

Es importante distinguir entre estos tres términos que indican el paso de líquido a gas: vaporización, evaporación, ebullición.

El paso de líquido a gas, de cualquier forma que se produzca, se llama vaporización. Pero la vaporización se produce de dos maneras:

A la temperatura ambiente, sólo en la superficie del líquido. A ese proceso se le llama evaporación.

A una temperatura determinada, en todo el volumen del líquido. A ese proceso se le llama ebullición.

Así, sabemos que el agua hierve (ebullición) a 100º C, pero continuamente se evapora en la superficie del mar, o en la de un frasco o un vaso destapado, a pequeñas temperaturas.


OTRAS PROPIEDADES ESPECÍFICAS

Definición

Los materiales se clasifican en…

Dureza Resistencia que opone un material a ser rayado. blandos / duros

Tenacidad Resistencia que opone un material a ser roto o partido. tenaces / débiles

Viscosidad Resistencia o dificultad de los líquidos para moverse o fluir. viscosos / fluidos

Flexibilidad Capacidad de un material para deformarse sin partirse. flexibles / rígidos

Elasticidad: capacidad que tienen algunos materiales flexibles de recuperar su forma anterior al cesar la fuerza que los ha deformado.

flexibles: elásticos

Plasticidad: capacidad que tienen algunos materiales flexibles de mantener su forma al cesar la fuerza que los ha deformado.

flexibles: plásticos

Conductividad Capacidad que poseen algunos materiales de conducir el calor o la electricidad.

Conductividad térmica: capacidad de conducir el calor.

Conductividad eléctrica: capacidad de conducir la electricidad.

conductores / aislantes

Comentamos entre todos algunas propiedades específicas de las sustancias de las imágenes de abajo: diamante, cobre, cuero, miel, arcilla cocida, grafito, caucho, cera.

Anotaciones:


Clasificación de la materia: sustancias puras, mezclas.

Según el tipo de materia del que están formadas, clasificamos las sustancias en:

Sustancias puras: están formadas por un solo tipo de materia. Además:

- No pueden separarse en otras sustancias por métodos físicos. Es el caso del agua.

- Tienen propiedades específicas que las caracterizan y las diferencian de otras sustancias; por ejemplo, su densidad.

Mezclas. Están formadas por dos o más sustancias puras, a las que llamamos componentes de la mezcla. Además:

- Pueden separarse en otras sustancias por métodos físicos. Es el caso del agua salada.

- Tienen propiedades específicas variables, dependiendo de la proporción en la que se encuentren los componentes en la mezcla.

Ejemplos de sustancias puras: hierro, oxígeno, agua destilada, dióxido de carbono, sal común, alcohol…

Mezclas: papel, leche, aceite, refresco de cola, aire, agua del río o del mar, tinta…

Las mezclas, a su vez, pueden ser de dos clases: homogéneas y heterogéneas.

MEZCLAS HETEROGÉNEAS.

* Son mezclas en las que se distinguen a simple vista los componentes que las forman, debido a diferencias de color, densidad o transparencia. Ejemplos: aceite y agua, paella, arena de la playa.

MEZCLAS HOMOGÉNEAS (= DISOLUCIONES).

* Las disoluciones son mezclas en las que NO se distinguen a simple vista los componentes que las forman. Ejemplos: aceite, leche, refrescos, pegamento.

En las disoluciones pueden combinarse sustancias que estaban en distintos estados de agregación, pero las clasificamos según el estado de agregación de la mezcla resultante:

Disoluciones gaseosas, como el aire, formado por una mezcla de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua y otros gases.

Disoluciones líquidas, como el agua del río y del mar, formada por agua y sales minerales.

Disoluciones sólidas, como el bronce, resultado de la mezcla de los metales puros cobre y estaño. Las disoluciones sólidas de metales se llaman también aleaciones. Por ejemplo, las monedas que usamos no son de metales puros, sino de diversas aleaciones.

Normalmente una de las sustancias de la disolución está en mayor cantidad: es el disolvente. Las otras sustancias que se disuelven en ella se llaman solutos. El disolvente más común es el agua.

Dependiendo de la mayor o menor cantidad de solutos que contiene, decimos de una disolución que está poco o mucho concentrada. Cuando ya no cabe más soluto, se dice que está saturada.


TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS.

Las sustancias que forman parte de las mezclas se pueden separar por diferentes métodos. Los principales son:

Filtración. Sirve para separar las mezclas heterogéneas formadas por sólido y líquido. Ejemplo: arena y agua.

Decantación. Permite separar mezclas heterogéneas formadas por líquidos de distinta densidad. Ejemplo: aceite y agua.

Magnetismo. Se utiliza para separar el hierro de otras sustancias. Se usa, por ejemplo, en las instalaciones de tratamiento de residuos (basuras).

Evaporación. Se utiliza para separar mezclas homogéneas formadas por un sólido y un líquido. Ejemplo: agua y sal. Es el método usado en las salinas.

Destilación. Se utiliza para separar mezclas homogéneas formadas por líquidos diferentes que se vaporizan a diferentes temperaturas. Ejemplo: distintos tipos de líquidos, como la gasolina o el gasóleo, que se extraen del petróleo.


Cambios físicos y químicos de la materia

CAMBIOS FÍSICOS EN LA MATERIA

En los cambios físicos, las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias. Algunos ejemplos de cambios físicos son:

Mezclas

Cambios de estado de agregación.

Dilataciones y contracciones

Dilatación: el calor produce en general un aumento de volumen en las sustancias. Por eso se construyen las vías del tren y los puentes con espacios entre las vigas de hierro, de modo que no se deformen al dilatarse en verano. Una excepción importante es el caso del agua, que aumenta de volumen al pasar del estado líquido al sólido. Por eso el hielo flota sobre el agua. Esto tiene importantes consecuencias para la vida. Permite, por ejemplo, que sobrevivan los animales acuáticos bajo los lagos y mares helados.

Contracción: disminución del volumen por enfriamiento.

Deformaciones

Son modificaciones de la forma producidas por fuerzas, por ejemplo, un hierro que se dobla por el peso.

CAMBIOS QUÍMICOS EN LA MATERIA

En los cambios químicos las sustancias iniciales se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes. Algunos ejemplos de cambios químicos son:

Oxidación. En química, la oxidación es un fenómeno más amplio y complejo, pero aquí nos referimos a la combinación de cualquier sustancia simple con oxígeno. Así la formación de dióxido de carbono en las células al quemar nutrientes es una oxidación, la formación de herrumbre (óxido de hierro) en un hierro también lo es. En la oxidación siempre se desprende energía.

Combustión: es un tipo de oxidación muy rápida en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía en forma de calor y luz, y que se manifiesta visualmente como fuego.

Fermentación. Es una reacción química que se da en el interior de sustancias orgánicas en ausencia de oxígeno y produce otras sustancias. Así, por ejemplo, los azúcares de las frutas o los hidratos de carbono de los cereales se transforman el alcohol, la leche se transforma en queso o yogur.

Fotosíntesis: es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. Así, en la fotosíntesis se forman compuestos de carbono a partir del CO2 del aire, del agua y de las sales minerales, y se desprende oxígeno. Es un proceso inverso a la oxidación de los nutrientes.


Las fuerzas

Las sustancias que observamos a nuestro alrededor no permanecen inalteradas. Cambian. Algunos de estos cambios son cambios químicos, que hacen que se transformen en otras sustancias. Otros cambios son físicos.

Entre los cambios físicos, algunos son producidos por el calor: dilataciones, cambios de estado. Otros son producidos por las fuerzas: deformaciones, movimiento.

* Fuerza es todo aquello que produce cambios en el estado de movimiento o reposo de los cuerpos, o que los deforma.

Cuando andamos, golpeamos una pelota, aplastamos la arcilla con los dedos… ejercemos fuerzas. Pero cuando un objeto (nuestro pies, la mano, los dedos…) ejerce una fuerza sobre otro, este también ejerce otra fuerza en sentido contrario sobre el primero (el suelo sobre los pies, la pelota sobre la mano, la plastilina sobre los dedos…) Esto se conoce como el principio de acción–reacción y es una de las tres leyes de Newton sobre la mecánica (movimiento de los cuerpos). Por tanto, los objetos interaccionan.

La fuerza de reacción (flecha verde) aumenta conforme aumenta la fuerza

aplicada al objeto (flecha roja)

Tipos de fuerzas

Según el tipo de interacción de los objetos, las fuerzas pueden ser.

Fuerzas de contacto: aquellas que se producen cuando dos objetos se tocan para moverse o deformarse. Por ejemplo, el viento que mueve las ramas de los árboles, los dedos que modelan plastilina.

Fuerzas a distancia: aquellas que se producen cuando dos objetos NO se tocan para moverse o deformarse. Sólo hay dos fuerzas que actúan a distancia, la gravedad y el electromagnetismo.

Las fuerzas a distancia pueden ejercerse en dos sentidos:

Hacia los objetos que ejercen la fuerza (fuerza de atracción).

En el sentido opuesto a los objetos que ejercen la fuerza (fuerza de repulsión).

En los fenómenos electromagnéticos intervienen fuerzas de atracción y de repulsión. En la gravedad, sólo fuerzas de atracción.

En el lenguaje corriente hablamos del peso en g, kg… Pero no es correcto. Son unidades de masa. El peso es una fuerza, la fuerza con la que un objeto es atraído por la gravedad. Depende de la masa, pero también de la intensidad de la gravedad. Se mide en newtons (N).


Efectos de las fuerzas Las fuerzas producen:

movimientos, o cambios en la posición o el movimiento de los cuerpos;

y deformaciones, o cambios en su forma.

LAS FUERZAS Y EL MOVIMIENTO

Una fuerza puede: Por ejemplo, cuando:

Poner en movimiento un objeto que estaba en reposo.

Golpeamos una canica con el dedo.

Acelerar o frenar el movimiento. Empujamos a un compañero en el columpio.

Cambiar la dirección del movimiento. El portero despeja un balón.

Detener el movimiento. El portero para el balón.

LAS FUERZAS Y LAS DEFORMACIONES

* Una deformación es un cambio de forma producido en un objeto por la acción de una fuerza.

Los efectos deformantes de las fuerzas dependen del tipo de materia y de la intensidad de las fuerzas.

Ya hemos visto entre las propiedades específicas algunas referidas a la resistencia de los materiales a las fuerzas. Así, podemos clasificar los materiales de tres maneras:

Comportamiento rígido: los materiales no se deforman cuando se aplica una fuerza, pero pueden llegar a romperse.

Comportamiento flexible: los materiales se deforman cuando se aplica una fuerza. Estos, a su vez, pueden ser de…

- Comportamiento flexible elástico: se deforman ante una fuerza, recuperan su forma cuando la fuerza cesa.

- Comportamiento flexible plástico: se deforman ante una fuerza, no recuperan su forma cuando la fuerza cesa.


Este tema en El libro digital:

Anotaciones:

alumno/a aula curso escolar - …milibrodigital.aulaalustante.com/libro digital/1nat/03 la materia...

Documents