cuaderno de física y química 2º de eso...para medir un volumen de líquido basta con echarlo en...

Cuaderno de Física y Química2º de ESO

Departamento de Física y QuímicaI.E.S. Miraflores de los Ángeles

Curso 2017-2018

UNIDAD 1: LA MATERIA

1. Qué es la materia. Propiedades de la materia.

Todas las cosas que nos rodean están hechas de materia. Por ejemplo: las rocas, losobjetos de metal, el agua, los alimentos, las estrellas, los seres vivos... nosostros mismosestamos hechos de materia.

Es difícil definir lo que es materia, pero podemos describirla por medio de susPROPIEDADES:

Materia es todo lo que ocupa un ESPACIO y tiene MASA.

Vamos a explicar esto:

� Donde hay un objeto no podemos poner otro, es impenetrable. La cantidad de espacioque ocupa un cuerpo se llama VOLUMEN. Si quieres meter canicas en un vaso de líquidolleno hasta el borde, se derramará parte del líquido:

� La materia tiene inercia: si un objeto está quieto, seguirá quieto mientras no cambienlas condiciones, pero si algo se mueve, tenderá a seguir moviéndose mientras nada lopare. La cantidad de inercia que tiene un objeto material se llama MASA:

Ejercicio 1: Explica lo que ha sucedido en las imágenes que ves arriba:Vaso: ______________________________________________________________

______________________________________________________________Canicas: ____________________________________________________________

______________________________________________________________

Además hay otras muchas propiedades de la materia, como el sabor o el color, que sepueden observar con los sentidos. Estas propiedades son CUALITATIVAS, que no se

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 1: La Materia

IES Miraflores. Departamento de Física y Química 1

pueden medir, y que pueden cambiar de una persona a otra. Por ejemplo, los sabores de loscaramelos pueden ser agradables o desagradables dependiendo de quien los pruebe.

Las propiedades que vamos a tratar aquí son las que se pueden medir, es decir, sonPROPIEDADES CUANTITATIVAS. Así, en una pastelería te podrán vender un pastel de100 gramos diciéndote que su sabor es muy bueno. Al final lo compras y te gustará o no tegustará, pero lo que no pueden darte es menos de 100 gramos. El sabor es una propiedadque no se puede medir, pero la masa del pastel sí se puede medir, y debe ser la misma paraquien compra el pastel y para quien lo vende.

Ejercicio 2: Escribe cinco propiedades cualitativas y cinco cuantitativas de la materia:

CuantitativasCualitativas

2. Magnitudes físicas. La medida.

Las propiedades cuantitativas de las sustancias se representan mediante cantidades,que anteriormente han sido medidas con los aparatos de medida correspondientes. Laoperación que se realiza para calcular estos valores se denomina medir.

Ejercicio 3: Escribe cómo se puede medir cada una de las cinco propiedades cuantitativasque has escrito anteriormente:Propiedad 1: _______________________________________________________Propiedad 2: _______________________________________________________Propiedad 3: _______________________________________________________Propiedad 4: _______________________________________________________Propiedad 5: _______________________________________________________

Una Magnitud es cualquier propiedad de los cuerpos que se puede medir

Medir una magnitud es compararla con otra de la misma naturaleza, llamadaUNIDAD, para averiguar el número de veces que la contiene.

Para medir una magnitud pueden utilizarse muchas unidades, por ejemplo, para medirlongitudes se pueden utilizar: pies, metros, kilómetros, etc.. Cada país, antiguamente, medía



en una unidad diferente, así que para unificar las unidades de medida de todos los paísesdel mundo se creó el Sistema Internacional de medidas.

En un sistema de unidades se toman varias propiedades de la materia que sonfundamentales y que sirven para establecer otras magnitudes.

En el Sistema Internacional (S.I.) las magnitudes fundamentales son:la MASA, la LONGITUD y el TIEMPO.

sSegundoTiempokgKilogramoMasamMetroLongitud

SÍMBOLOUNIDADMAGNITUDMAGNITUDES FUNDAMENTALES DEL S.I.

En realidad, hay otras 4 magnitudes fundamentales, como la TEMPERATURA o laINTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA, pero no las vamos a tratar ahora.

Ejercicio 4: Completa las siguientes frases:Las propiedades cuantitativas de las sustancias se representan mediante ________________que anteriormente han sido __________________con los ____________________________.Cada país, antiguamente, medía en una unidad diferente, así que para unificar las unidades demedida de todos los países del mundo se creó el ___________________________________. En éste, son magnitudes fundamentales la ______________, la_________ y el ____________.

Además de utilizar estas unidades, empleamos otras que son, o más grandes que lasde la tabla (múltiplos) o más pequeñas (submúltiplos) . Por ejemplo, el kilómetro (1000metros) es un múltiplo del metro, pero el centímetro (0,01 metros) es un submúltiplo delmetro.

0 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 994 995 996 997 998 999 1000m

1 km

El kilómetro es un múltiplo del metro

0 1dm 2dm 3dm 4dm 5dm 6dm 7dm 8dm 9dm 10dm

1 m

El decímetro es un submúltiplo del metro

Pongamos por caso que queremos medir la masa de un gato: el kilogramo nos vendríabien, pero para medir la masa de un insecto el kilogramo se nos quedaría grande, y usaremosmejor el gramo o el centigramo.



Ejercicio 5: En la tabla aparecen diversas medidas. Complétala con las unidades que secitan a continuación y que creas más apropiadas:

Tiempo que se tarda en hacer una foto

Tiempo que tarda un objeto en caer desde una ventana

Anchura de una lenteja

Distancia entre dos ciudades

Longitud de una habitación

Masa de una persona

Masa de una moneda

Unidad apropiadaMedida

UNIDADES: kilogramo, gramo, milímetro, kilómetro, metro, segundo, milisegundo

Vamos a ver ejemplos de magnitudes del S.I. que NO son fundamentales pero quepueden obtenerse a partir de ellas:

1.- EL ÁREA:

El área es la medida de la superficie de un cuerpo. Podemos medir la superficie deuna hoja de papel, de una habitación, de una pista deportiva, de la Tierra, etc. El área másfácil de medir es el del rectángulo, que secalcula multiplicando la longitud de su base porla de su altura. Fíjate en el ejemplo de laderecha: como las longitudes están dadas encentímetros, la superficie queda encentimetros cuadrados.

Área = 5 cm · 2 cm = (5 · 2) · (cm · cm) = 10 cm2 Si en vez de utilizar el centímetro hubiésemos usado el milímetro, el área saldría en

milímetros cuadrados.

Ejercicio 6: Calcula la superficie del rectángulo que aparece más abajo, así como lasuperficie aproximada de la figura que hay a su derecha (pista: las líneas de puntos estánseparadas 0,5 cm):

1 2

Resultados: _______________ cm _____________________ cm 2 2



base: 5 cm

altura: 2 cm

ÁREA: 10 cm21 cm

2

2.- EL VOLUMEN:

El volumen mide el espacio ocupado por un objeto. El volumen más fácil de medir esel del ortoedro (o prisma rectangular): basta conmultiplicar el área de una base por la altura delprisma. Veámoslo con un dibujo:

Volumen = 3 cm · 1 cm · 4 cm = 12 cm3

En el S.I., las unidades de superficie yvolumen son, respectivamente, el METROCUADRADO (que se simboliza como m²) y elMETRO CÚBICO (representado por m3) ya que laslongitudes se miden en metros.

Los recipientes (una botella, una caja...) tienen una determinada CAPACIDAD, quees el volumen que pueden contener en su interior. Esta capacidad se suele medir en unaunidad que es el LITRO (símbolo L ) y que también cuenta con múltiplos y submúltiplos.Por ejemplo, el hectolitro supone cien litros, y el decilitro es la décima parte de un litro.Más adelante veremos qué relación hay entre las unidades de capacidad y las de volumen.

Hay recipientes que sirven para medir volúmenes delíquidos. Seguramente tendrás en la cocina de tu casa algúnvaso medidor parecido a los de la foto:

Para medir un volumen de líquido basta con echarlo enel recipiente y mirar la línea que indica su volumen.

Cuando un objeto tiene una forma regular (como el prisma de la figura de arriba, ocomo una esfera, un cilindro, etc.) es fácil medir su volumen directamente, midiendo conuna regla sus dimensiones y aplicando unas sencillas operaciones matemáticas. ¿Qué pasa siel objeto no tiene una forma regular? Habrá que emplear otro método.

Ejercicio 7: Fijándote en el experimento que aparece en la primera fotografía de la página1, explica cómo se podría medir el volumen de un cuerpo irregular (de una piedra, porejemplo):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



4 cm

3 cm

1 cm

3. Cambio de unidades.

Vamos a recordar ahora cómo se pasa de una unidad de medida a otra, para losdistintos tipos de magnitudes que hemos visto.

3.1. LONGITUDES:

El S.I. se basa en el sistema decimal, lo que quiere decir que para pasar de unmúltiplo al siguiente más pequeño hay que MULTIPLICAR POR 10, pero si queremos pasar alsiguiente más grande se DIVIDE POR 10:

Recuerda que: al multiplicar por diez lo que hacemos es pasar la coma un lugar a laderecha (o añadir un cero si la coma ya estaba al final del número) mientras que al dividirpor diez lo que hacemos es desplazar la coma un lugar a la izquierda.

Veamos ejemplos de cambios de unidades de longitud:

3,2 m = 32 dm = 320 cm = 3200 mm 5675 m = 567,5 dam = 56,75 hm = 5,675 km

43,6 hm = 43600 dm 127 cm = 0,00127 km

Ejercicio 8: Realiza los siguientes cambios de unidad de longitud:

86 m = ________ dm 75 m = _________ cm 3,85 m = __________ mm

3 km = _________ m 25 hm = _________ m 3,85 dam = _________ m

86 mm = ________ dm 75 m = _________ hm 38,5 hm = _________ km

1,72 mm = ________km 49 dam = _________ dm 3,85 km = _________ mm



3.2. ÁREAS:

La unidad de área en el S.I. es el metro cuadrado y su símbolo es m² . Pero enmuchas ocasiones es más útil emplear el centímetro cuadrado, el kilómetro cuadrado, etc.En estos casos, para pasar a un múltiplo más pequeño hay que MULTIPLICAR POR 100,pero si queremos pasar al siguiente más grande se DIVIDE POR 100.

0,000001xmm²Milímetro cuadrado

0,0001x0cm²Centímetrocuadrado

0,01x0dm²Decímetrocuadrado

1x0m²Metro cuadrado

100x0dam²Decámetrocuadrado

10000x0hm²Hectómetrocuadrado

1000000x000km²Kilómetro cuadrado

EQUIVALENCIAEN METROSCUADRADOS

SÍMBOLO

UNIDADES DE SUPERFICIE

Ejercicio 9: En la tabla aparecen diversas medidas. Complétala con las unidades de área queaparecen en la tabla anterior y que creas más apropiadas:

Superficie del barrio

metro cuadradoSuperficie de una habitación

Superficie del ala de una mosca

Superficie de una provincia

Superficie de una mesa


Recuerda que: al multiplicar por cien lo que hacemos es pasar la coma dos lugares a laderecha (o añadir dos ceros si la coma ya estaba al final del número) mientras que al dividirpor cien lo que hacemos es desplazar la coma dos lugares a la izquierda.

Veamos ejemplos de cambios de unidades de área:

3,2 m² = 320 dm² = 32000 cm² = 3200000 mm²5675 m² = 56,75 dam² = 0,5675 hm² = 0,005675 km²43,6 hm² = 43600000 dm² 127 cm² = 0,0000000127 km²

Ejercicio 10: Realiza los siguientes cambios de unidad de longitud:

86 m² = ________ dm² 3,85 m²=_________ mm² 3 km² = ________ m²

3,85 dam² = ________ m² 86 mm² = __________ dm² 38,5 hm² = ________ km²



3.3. VOLÚMENES:

La unidad de VOLUMEN en el S.I. es el metro cúbico y su símbolo es m3 . Pero enmuchas ocasiones es más útil emplear el centímetro cúbico, el decímetro cúbico, etc. Enestos casos, para pasar a un múltiplo más pequeño hay que MULTIPLICAR POR 1000, perosi queremos pasar al siguiente más grande se DIVIDE POR 1000.

0,000000001xmm3Milímetro cúbico

0,000001xcm3Centímetro cúbico

0,001xdm3Decímetro cúbico

1xm3Metro cúbico

1000xdam3Decámetro cúbico

1000000xhm3Hectómetro cúbico

1000000000xkm3Kilómetro cúbico

EQUIVALENCIAEN METROSCÚBICOS

SÍMBOLO

UNIDADES DE VOLUMEN

Ejercicio 11: En la tabla aparecen diversas medidas. Complétala con las unidades de volumenque aparecen en la tabla anterior y que creas más apropiadas:

Volumen del agua de un embalse

Volumen de una montaña

metro cúbicoVolumen de una habitación

Cilindrada del motor de una motocicleta

Volumen del líquido de una botella

Volumen de un mosquito


Recuerda que: al multiplicar por mil lo que hacemos es pasar la coma tres lugares a laderecha (o añadir tres ceros si la coma ya estaba al final del número) mientras que aldividir por mil lo que hacemos es desplazar la coma tres lugares a la izquierda.

Veamos ejemplos de cambios de unidades de volumen:

3,2 m3 = 3200 dm3 = 3200000 cm3 = 3200000000 mm3

5675 m3 = 5,675 dam3 = 0,005675 hm3 = 0,000005675 km3

43,6 hm3 = 43600000000 dm3 127 cm3 = 0,000000000127 hm3

Ejercicio 12: Realiza los siguientes cambios de unidad de volumen:

86 m3 = ________ dm3 3,85 m3=_________ mm3 3 km3 = ________ m3

3,85 dam3 = ________ m3 86 mm3 = __________ dm3 38,5 hm3 = ________ km3



Relacionado con la medida de volúmenes está la medida de la CAPACIDAD de unrecipiente. Esta capacidad se mide en LITROS y en diversos múltiplos y submúltiplos.

0,001xmLMililitro

0,01xcLCentilitro

0,1xdLDecilitro

1xmLLitro

10xdaLDecalitro

100xhLHectolitro

1000xkLKilolitro

EQUIVALENCIAEN LITROS

SÍMBOLO

UNIDADES DE CAPACIDAD

En el mercado puedes encontrar gran cantidadde productos líquidos a la venta. Resulta que es máscómodo venderlos según el volumen y no según sumasa.

Vamos a comparar los contenidos de diversosrecipientes de bebidas que aparecen en la fotografíade la derecha:

El paquetito de zumo denaranja, 200 mL

El zumo multifrutas, como laleche, 1 L

El botecito de yogur líquidocontiene 107 mL

La botella de gaseosa, 1,5 L Esta lata de refrescoscontiene 33 cL

El paquete de leche es de 1 L



Ejercicio 13: Ordena los recipientes de la fotografía de menor a mayor capacidad:

1º:_________ 2º:_________ 3º:_________ 4º:_________ 5º:________ 6º:________

Ejercicio 14: Expresa las capacidades de los recipientes anteriores en las unidadesindicadas:

hectolitro

litro

centilitro

mililitro

GaseosaLeche=ZumoLata refrescoPaquetito zumoYogurUnidad

¿Qué relación existe entre las unidades de volumen y las de capacidad?

Veámoslo en imágenes:

Si vertemos los 1000 mL deagua en el cubo, se llenará

totalmente.

El cubo tiene un decímetrode anchura, por lo tanto suvolumen es de 1 dm3.

Estos tres recipentestienen la misma capacidad:

1 litro.

En resumen:

En un recipiente de 1 litro cabe 1 decímetro cúbico de volumen:1 L = 1 dm3

Como 1 L equivale a 1000 mL y 1 dm3 equivale a 1000 cm3, podemos decir que:1 mL = 1 cm3

Ejercicio 15: Indica cuáles de las siguientes medidas son equivalentes:

A: 33 cL B: 330 cm3 C: 0,33 L D: 330 mL E: 0,33 dm3 F: 3,3 dL G: 3300 mm3



3.4. MASA:

La unidad de MASA en el S.I. es el kilogramo, su símbolo es kg y viene a ser lamasa de un decímetro cúbico (un litro) de agua pura.

La masa de un cuerpo se mide con una balanza (para objetos pequeños) o con unabáscula (para objetos más grandes):

Báscula de plataforma

para camiones

Báscula de bañoBalanza digital

moderna

Balanza de platos

clásica

Para pasar de una unidad a otra en el sistema decimal, se hace lo mismo que para loscambios en las unidades de longitud o de capacidad: cada salto significa multiplicar o dividirpor diez.

Ejercicio 16: Realiza los siguientes cambios de unidad de masa:

86 g = ________ dg 75 g = _________ cg 3,85 g = __________ kg

3 kg + 2,5 hg + 47 g + 322 cg = ___________ g = ___________ cg = __________ kg

3.5. TIEMPO:

La unidad de TIEMPO en el S.I. es el segundo, su símbolo es s y no s., ni S, ni seg.,etc., es decir, que cuando expreses un tiempo debe hacerse así por ejemplo:

"Usain Bolt batió el récord del mundo de los 100 m lisos dejándolo en 9,58 s ".

También podemos hablar de centisegundos (cs) milisegundos (ms) etc., pero ahoradebes tener en cuenta que en un minuto hay 60 segundos, en una hora hay 60 minutos y enun día hay 24 horas, pues aquí no se aplica el sistema decimal.

Ejercicio 17: Expresa en segundos las siguientes medidas de tiempo:

1 h (una hora) = _____________________ s 2 h, 15 min = _____________ s 5 h, 20 min, 35,4 s = __________________ s 534 ms = _______________ s

El aparato para medir tiempos se llama cronómetro.



4. Cambios de unidades mediante factores de conversión.

Un factor de conversión es una fracción que, al multiplicarla por el resultado de unamedida, la transforma en otra expresión equivalente, pero dada en unas unidadesdiferentes. Un ejemplo sencillo es el siguiente:

El precio de un artículo es 27 € y te piden que lo pongas en dólares. Sabes que uneuro equivale a 1,48 dólares. La conversión se haría así:

1,48 $27 € = 27 € · ----------- = 27 · 1,48 $ = 39,96 $

1 €

Es decir: a la cantidad que queremos cambiar la multiplicamos por una fracción dondese ponen, en el numerador y el denominador, la equivalencia entre la unidad nueva y laantigua. ¿Cuál se pone abajo? La que queramos sustituir (en el ejemplo anterior, el euro) yarriba se coloca la que queremos que aparezca ahora (en este casso, el dólar).

Si queremos traducir en dólares una cantidad expresada en euros, la fracción sepondría al revés. Por ejemplo, 42 dólares serían...

1 €42 $ = 42 $ · ----------- = 42 € / 1,48 = 28,38 €

1,48 $

Ejercicio 18: Realiza, utilizando factores de conversión, los siguientes cambios de unidades:a) 15 minutos, a segundos ( ten en cuenta que 1 min = 60 s ):

b) 720 segundos, a minutos:

c) 1,5 horas, a segundos ( ten en cuenta que 1 h = 3600 s ):

d) 125 centímetros, a metros ( ten en cuenta que 1 m = 100 cm ):

e) Una velocidad de 36 kilómetros por hora (km/h), a metros por segundo (m/s) teniendo encuenta que 1 m/s equivale a 3,6 km/h:



5. Otras magnitudes derivadas del Sistema Internacional.

El S.I. sólo tiene siete magnitudes fundamentales, de las que hemos trabajado tres(longitud, masa y tiempo) pero existen otras muchas magnitudes que necesitamos medir.¿Cómo se definen estas magnitudes a partir de las fundamentales?

Como has podido ver en el apartado 4. multiplicando dos longitudes se puedeconseguir el área de una figura, y multiplicando tres se obtiene el volumen de un cuerpo. Deigual modo, operando con dos o más magnitudes distintas se obtienen otras muchasmagnitudes físicas que se llaman magnitudes derivadas.

Por ejemplo, la VELOCIDAD es una magnitud física que se calcula dividiendo ladistancia recorrida entre el tiempo que se ha tardado en recorrerla. Esta magnitud esimportante conocerla a la hora de circular con un vehículo por la vía pública...

Ejercicio 19: Un avión ha tardado media hora en volar desde dos ciudades que estánseparadas 100 kilómetros, mientras que un tren AVE ha recorrido en dos horas el trayectoentre Málaga y Madrid, que distan 500 kilómetros una de la otra. ¿Cuál ha viajado a másvelocidad?Avión:_______________________________________________________________Tren AVE:____________________________________________________________Conclusión: el más rápido ha sido ___________________________________________

Otro ejemplo podría ser la PRECIPITACIÓN, que se suele expresar en litros delluvia por cada metro cuadrado.

Ejercicio 20: En un patio de 20 m² han caído, durante una tormenta, 400 litros de agua.¿Cuál ha sido la precipitación registrada? _____________________________________¿Qué habría pasado si el patio hubiese sido de 10 metros cuadrados? ____________________________________________________________________________________

A lo largo de este curso y de los próximos podrás manejar otras muchas magnitudesque son derivadas: la FUERZA, la ACELERACIÓN, la PRESIÓN, la ENERGÍA y el CALOR, elVOLTAJE, la RESISTENCIA ELÉCTRICA...

6. Propiedades características de la materia: la densidad.

Se dice que una magnitud es PROPIEDAD CARACTERÍSTICA de la materiacuando sirve para diferenciar un tipo de sustancia de otro. Cada sustancia tiene unvalor diferente para esa propiedad característica.



¿Qué quiere decir esto? Pues que si sabemos cuánto vale una de estas propiedadescaracterísticas podremos decir: "este objeto está hecho del material X, y no puede serningún otro".

Hasta ahora, ninguna de las magnitudes empleadas eran propiedades características.Dos piezas de distintos materiales (hierro y plástico, por ejemplo) pueden tener la mismamasa. O bien, pueden tener el mismo volumen, o la misma temperatura... A su vez, dostrozos de hierro pueden tener distintos volúmenes, y sin embargo los dos están hechos delmismo material.

Fíjate en la balanza de la fotografía: en elplato de la izquierda hay un trozo de hierromientras en el de la derecha hay otro de igualtamaño, pero de gomaespuma. Ambos tienen igualvolumen, sin embargo el de hierro tiene más masaque el de gomaespuma, y por eso pesa más.

Si hubiéramos tomado otro trozo de hierroel doble de grande, su masa valdría también eldoble. Al dividir la masa de cada uno de los trozospor su volumen, el resultado sería la DENSIDADdel hierro.

La densidad de todoslos trozos de hierro es lamisma, independientementede su tamaño. Además, ladensidad del hierro esdiferente a la de las demássustancias. Más adelanteveremos otros ejemplos depropiedades características.

TROZO 1:

Masa = 78 g

Volumen = 10 cm3

Densidad = 78 g : 10 cm3 =

= 7,8 g/cm3

TROZO 2:

Masa = 156 g

Volumen = 20 cm3

Densidad = 156 g : 20 cm3 =

= 7,8 g/cm3

Ejercicio 21: Se ha calculado la masa y el volumen de cinco objetos diferentes,obteniéndose los siguientes resultados:

401324Volumen (cm3)

12049612Masa (g)

54321Objeto

¿Cuáles de los cinco pertenecen a un mismo material?________________________________________________________________________________________________



UNIDAD 2: LOS ESTADOS DE LA MATERIA

1. Los estados y sus propiedades.

En la lección anterior hemos definido lo que es la materia, y las propiedades quetienen los cuerpos materiales. En esta lección vamos a trabajar con las formas en las que sepresenta la materia. Vamos a empezar haciéndonos las siguientes preguntas:

Ejercicio 1: El aire, ¿es materia? ¿Tiene volumen y masa? ¿Huele? ¿Podría hacerse líquido osólido?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La materia que nos encontramos a nuestro alrededor puede encontrarse en cualquierade estos tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

Fíjate ahora en la fotografíade la derecha. Los montañerosavanzan por un paisaje alpino en elque aparece el agua de tres formasdiferentes:

- Hay hielo en el glaciar.- Hay agua líquida en las gotitas de

agua que forman las nubes.- Hay vapor de agua, transparente y

que no se ve, mezclado con elaire.

Ejercicio 2: Recuerda el ciclo del agua que has estudiado en años anteriores, y resúmelo acontinuación indicando los cambios de estado que se producían en él:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cada uno de los tres estados de la materia tiene unas características propias y quesirven para distinguirlos:

� En el estado sólido, los cuerpos mantienen una forma fija. Su volumen y su densidad nocambian.

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 2: Los estados de la materia


� En el estado líquido, los cuerpos pueden cambiar de forma (adoptando la forma delrecipiente que los contiene) pero su volumen y su densidad no cambian, al igual que lossólidos. La densidad de los líquidos es comparable a la de los sólidos.

� Los gases en cambio pueden cambiar de forma (al igual que los líquidos) pero tambiénpueden cambiar de volumen, llenando todo el recipiente que los contiene.

Ejercicio 3: Completa la siguiente tabla, poniendo cruces donde corresponda:

GASEOSO

LÍQUIDO

SÓLIDO

Tienen densidad

constante

Tienen volumen

constante

Tienen forma

constante

Tienen masa

constante

Estado físico

Ejercicio 4: Piensa en DIEZ ejemplos de sustancias que se encuentren habitualmente encada uno de los tres estados de la materia, procurando que sean ejemplos diversos:SÓLIDO:_______________________________________________________________________________________________________________________________LÍQUIDO:______________________________________________________________________________________________________________________________GASEOSO:______________________________________________________________________________________________________________________________

2. Cambios físicos y cambios químicos. Ejemplos.

Todo a nuestro alrededor está en continuo cambio: las plantas crecen, los díassuceden a las noches, los aviones se desplazan... etc. En ciencia, llamamos CAMBIO acualquier suceso OBSERVABLE y MEDIBLE.

En el ejercicio 2 has visto que el agua puede cambiar de un estado a otro: desde elestado líquido (agua de mar) al gaseoso (vapor de agua) y de ahí al estado líquido otra vez(nube) o sólido (copos de nieve, granizo) por ejemplo. En todos los casos, estamos hablandode la misma sustancia: agua.

Los cambios físicos son los que se producen SIN alteración de las sustancias, como loscambios de estado, los movimientos, etcétera.

Pero hay otros cambios en los que una sustancia se transforma en otra diferente,como ocurre por ejemplo cuando un objeto de metal se oxida, se corroe, y deja de sermetal para convertirse en otra sustancia diferente (por ejemplo, el hierro se convierte enóxido de hierro).



Los cambios químicos son los que se producen CON alteración de las sustancias.

Ejercicio 5: Piensa en DIEZ cambios que puedes observar en la cocina de tu casa:Ej.: se enciende la luz;_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Para que se produzcan los cambios es necesaria la ENERGÍA. Por ejemplo, para quese forme un cubito de hielo, es necesario que el agua líquida se enfríe (pierda calor), paraque se derrita lo que hace falta es que reciba calor, y para que un avión alce el vuelo hacefalta quemar un combustible. Ya estudiaremos a fondo la energía en lecciones posteriores,de momento nos quedamos con su definición:

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios.

Ejercicio 6: Para cada uno de los ejemplos siguientes, indica si se trata de un cambio físicoo de un cambio químico:

La mina del lápiz se va desgastando al escribir

Se enciende una bombilla

Un altavoz produce sonidos

Los frutos maduran y se pudren

La gasolina se quema en el interior del motor

El alcohol derramado se evapora rápidamente

Los macarrones se cuecen

El granizo cae desde la nube de tormenta

El agua de cocer los macarrones hierve en la olla

La mantequilla se derrite en un día calurosoCambio químicoCambio físicoCambio

3. Los cambios de estado.

La experiencia nos enseña que el hielo sólo se encuentra a temperaturas muy bajas;si lo dejamos calentar hasta la temperatura ambiente, se funde, se hace líquido. Para pasarahora este agua líquida a gas, hay que calentarla fuertemente hasta los 100º C. Por lo tantola clave está en la temperatura que tienen las sustancias.



Cada cambio de estado tiene un nombre:

� La FUSIÓN es el cambio de sólido a líquido.� La SOLIDIFICACIÓN es lo contrario a la fusión: es el cambio de líquido a sólido.� La VAPORIZACIÓN es el cambio de líquido a gas, y puede darse de dos formas:

� A cualquier temperatura pero sólo en la superficie del líquido: EVAPORACIÓN.� A una temperatura fija y en toda la masa de líquido: EBULLICIÓN.

� La CONDENSACIÓN es el cambio de gas a líquido.� La SUBLIMACIÓN ocurre cuando el sólido pasa directamente a gas.� La SUBLIMACIÓN INVERSA es el fenómeno contrario al de la sublimación.

Sólido Líquido GasFusión Vaporización

Solidificación Condensación

Sublimación

Sublimación inversa

Para que ocurran los cambios que están representados con una flecha hacia laderecha, hace falta que la sustancia reciba calor de los alrededores. Así, el cubito de hielorecién sacado del congelador se derrite porque está más frío que lo que le rodea, yentonces recibe energía en forma de calor. Por otro lado, en los cambios simbolizados conuna flecha hacia la izquierda es la sustancia la que cede calor a los alrededores.

Ejercicio 7: En el laboratorio vamos a realizar una experiencia de cambio de estado. Fíjatebien en lo que ocurre y haz un resumen de todo lo que has visto: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ejercicio 8: Escribe un ejemplo cotidiano de cada uno de los cambios de estado:Fusión:______________________________________________________________Evaporación:__________________________________________________________Ebullición:____________________________________________________________Condensación:_________________________________________________________Solidificación:_________________________________________________________Sublimación:__________________________________________________________Sublimación inversa:____________________________________________________



Como has podido comprobar, los cubitos de hielo que se sacaban del congelador seiban calentando y su temperatura aumentaba hasta que empezaban a derretirse. En esemomento, estaban a 0º C y seguían a esa temperatura hasta que todo el hielo se hubiesederretido. A la temperatura a la que se produce este cambio de estado la llamamos PUNTODE FUSIÓN, que en el caso del agua vale 0º C.

De igual modo, al calentar agua con un mechero la temperatura iba subiendo hastaque se ponía a hervir. En ese momento, la temperatura dejaba de subir a pesar de que aúnseguíamos calentando el vaso. Esta temperatura se conoce como PUNTO DE EBULLICIÓN,y en el caso del agua vale 100 ºC. Precisamente estas dos temperaturas sirvieron comopuntos fijos para establecer la escala termométrica de Celsius, o escala centígrada.

Cada sustancia pura tiene una temperatura de fusión y otra temperatura deebullición. Ambas son propiedades características de las sustancias pues, al igual que ladensidad, nos sirven para identificar una sustancia pura.

Helio

Oxígeno

Wolframio

Plomo

Hierro

Azufre

Alcohol

Densidad

(g/cm3)

Punto de

Ebullición (ºC)

Punto de

Fusión (ºC)

SustanciaEjercicio 9: Buscainformación eninternet, en unaenciclopedia o en unlibro de texto, paraconocer los puntosde fusión y deebullición así comola densidad de lassiguientessustancias:

Si mezclamos dos o más sustancias diferentes, al calentar la mezcla hasta llegar alpunto de fusión o el de ebullición veremos que la temperatura no permanece constantedurante el cambio de estado, sino que va subiendo progresivamente.

Ejercicio 10: En la siguiente tabla se muestra cómo iba variando la temperatura, en gradoscentígrados, a lo largo del tiempo (en minutos) de una muestra de una sustancia pura decolor amarillo, desde la temperatura ambiente hasta 600 ºC. También se indica el estadofísico de la muestra (S: sólido; L: líquido; G: gas).

GGL,GL,GLLLS,LS,LSSEstado físico

20181614121086420Tiempo (minutos)

6004444444443502401191191197020Temperatura (ºC)



a) Dibuja una gráfica querepresente la variación detemperatura a lo largo deltiempo.b) ¿En qué momento empiezay en qué momento termina lafusión?c ) ¿En qué momento empiezay en qué momento termina laebullición?d) ¿Podrías afirmar que esuna sustancia pura? ¿Por qué?e) ¿Podrías decir cuál es lasustancia? ¿Por qué?

4. Teoría cinético molecular.

Hemos estudiado cuáles son los estados de la materia y cómo se producen loscambios de estado. Ahora podemos preguntarnos cómo es la materia, a escala microscópica,para que se comporte así. Para ello, vamos a estudiar un poco más a fondo el estadogaseoso, que nos dará las claves de la composición de la materia.

Todas las sustancias materiales que existen pueden encontrarse en forma de gas,incluso las piedras y los metales, si se calientan suficientemente.

Cuando la materia se encuentra en estado gaseoso tiene unas propiedadessorprendentes. El aire por ejemplo es invisible, incoloro, inodoro e insípido. Es casiimperceptible, y solo lo sentimos cuando se mueve. Hay otros gases que tienen color ypueden verse, o que se perciben por el olor, ya sea agradable (los perfumes) o desagradable(el amoníaco). Pero todos se parecen en lo siguiente:

� Los gases se expanden y se difunden. Se expanden quiere decir que llenan todo elrecipiente donde se introducen, ocupan todo el volumen. Se difunden significa que semezclan con cualquier otro gas que haya en el mismo espacio. Así, si derramamos un pocode amoníaco o de perfume veremos que, a medida que se vaya evaporando, el olor se iráextendiendo por toda la habitación.

� Los gases son fluidos. Llamamos fluidos a aquellas sustancias que no tienen forma propiay pueden deslizarse por tuberías y orificios. Los líquidos también son fluidos.

� Los gases tienen masa. Podemos pesar un recipiente al que se le haya hecho el vacío yveremos que su masa es menor que cuando está lleno de aire.



� Los gases ejercen presión. Los gases empujan (presionan) sobre las paredes delrecipiente que los contiene y sobre cualquier objeto que haya en su interior. Por eso losglobos se mantienen tensos cuando se llenan de aire.

� Los gases pueden estar a mayor o menor temperatura. Al calentarse, aumenta latemperatura de un gas. En verano el aire está a más temperatura que en invierno.

� Los gases tienen volumen. Su volumen es igual al del recipiente que los contiene. Loespecial de los gases es que su volumen puede aumentar o disminuir fácilmente. Se diceentonces que los gases son fluidos compresibles, es decir, que podemos comprimirlos yhacer que su volumen disminuya, o bien podemos expandirlos y aumentar su volumen. � Si el recipiente es rígido, el volumen permanecerá constante. Al aumentar la

temperatura, aumentará la presión del gas que hay dentro. Por ejemplo, las ruedasde los coches tienen más presión cuando están calientes que cuando están frías.

� Si el recipiente es de volumen variable (como le ocurre a un globo o a una jeringuillacerrada) al aumentar la temperatura se puede aumentar el volumen del gas.

Ejercicio 11: Toma una botella vacía de refresco de un litro y medio o dos litros, ponle eltapón e introdúcela durante una hora en el frigorífico, primero en el refrigerador y luego en el congelador, y anota los cambios que se producen. Luego déjala fuera de la neverahasta que se vaya calentando de nuevo. ¿Qué sucede?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¿Cómo es un gas por dentro, para que se comporte así?. La comunidad científica estácompuesta por personas curiosas que se hacen estas preguntas y tratan de encontrar unarespuesta. Para ello hacen suposiciones, se inventan cómo podrían ser los gases por dentroy comprueban si con esas ideas pueden explicar su comportamiento. Si es así, al conjuntode ideas lo llaman teoría científica.

� Podríamos imaginar que el gas estuviese formado por partículas muy pequeñas, comobolas, pero tan diminutas que no las podríamos ver ni con un microscopio. Estas bolas nopueden estar juntas, amontonadas, porque entonces veríamos los montones. Por eso losgases son invisibles.

� Para que no se amontonen, podemos suponer que estas bolas se mueven continuamente, agrandes velocidades, y sin perder velocidad tras los choques. Por eso son expansibles yocupan todo el volumen disponible.

� Este movimiento de las partículas hace que, continuamente, estén rebotando contra lasparedes del recipiente. Cada trozo de pared recibiría millones de impactos de partículaspor segundo, lo que provoca una fuerza, un empuje contra la pared. Esta fuerza,repartida por la superficie de la pared, es lo que llamamos presión. Con esto explicamospor qué ejercen presión.



� La idea de que los gases están hechos de partículas en movimiento nos permitecomprender mejor lo que es la temperatura. En la página anterior hemos visto cómo secomportan los gases al ser calentados: o bien aumentan el volumen del recipiente, o bienaumenta la presión que ejercen sobre él. Esto lo explicamos pensando que, al calentar ungas, sus partículas se mueven más deprisa y por tanto chocan un mayor número de vecesy con mayor intensidad sobre las paredes. La temperatura de un gas está muyrelacionada con la velocidad a la que se mueven sus partículas. Así, si las partículas semueven más deprisa, el gas está caliente, es decir, su temperatura es mayor; cuando elgas se enfría, baja su temperatura, es decir, sus partículas empiezan a moverse másdespacio. Con todo esto hemos explicado por qué los gases pueden estar a mayor omenor temperatura.

Con todos los razonamientos anteriores hemos creado una teoría o, por lo menos, unmodelo que explica por qué los gases se comportan así. Nuestro modelo consta de bolasdiminutas en movimiento. El estudio más a fondo del comportamiento de un gas permitió alos científicos de los siglos XVIII y XIX descubrir una serie de leyes que medían de formanumérica la presión, el volumen y la temperatura de cualquier gas. Por ejemplo, una de estasleyes (que estudiarás el año que viene) dice que "la presión y el volumen de un gas soninversamente proporcionales, siempre que no varíe la temperatura". Esto significa que, siaprietas la botella de refresco llena de aire del ejercicio 11 hasta que su volumen pase de2L a 1L por ejemplo, su presión se hace el doble de la que tenía.

Todas estas leyes de los gases juntas dieron lugar a la TEORÍA CINÉTICOMOLECULAR DE LA MATERIA. Resumiremos esta teoría en tres ideas fundamentales:

1. Los gases están formados por partículas.2. Estas partículas se encuentran en continuo movimiento.3. Entre las partículas no hay nada, está el vacío.

Ejercicio 12: En el siguiente dibujo se representan las partículas de un gas dentro de unrecipiente. Representa ese mismo gas en otro recipiente de menor volumen; finalmente, elgas tras haber sido calentado:



con menor volumen a mayor temperatura

Una vez que hemos propuesto un modelo que explica el comportamiento de los gases,habrá que adaptarlo a los estados condensados, es decir, a los líquidos y a los sólidos. Paraempezar, suponemos que las partículas que forman los gases están presentes en los demásestados. Lo que cambia es el espacio libre que había entre las partículas: en los estadoscondensados, ya no queda espacio vacío porque las partículas están juntas, en contacto unascon otras.

Para que las partículas permanezcan unidas es necesario que haya una atracciónentre ellas, algo parecido a lo que ocurre entre dos imanes al juntarse. A estas fuerzas deatracción las llamamos fuerzas de cohesión. Pero estas fuerzas de cohesión no se dancuando las partículas están muy separadas.

En el estado gaseoso, no existen estas fuerzas de cohesión, mientras que en elestado sólido son muy intensas, con lo que las partículas quedan fuertemente unidas y nopueden cambiar de posición, tan solo pueden vibrar en torno a su posición. En el estadolíquido, la unión no es tan fuerte como en el sólido y, aunque permanezcan en contacto unascon otras, pueden moverse y cambiar de posición:

ESTADO SÓLIDO:Partículas muy unidas entre sí

gracias a unas fuerzas decohesión más intensas; las

partículas están ordenadas y nocambian de posición, tan solo

vibran.

ESTADO LÍQUIDO:Partículas unidas entre sí perono hay tanta unión como en el

estado sólido; hay ciertomovimiento de las partículas y

pueden desplazarse unasrespecto a otras, pero sin

despegarse.

ESTADO GASEOSO: Partículas libres moviéndose en todas direcciones muy

rápidamente, colisionando entresí o contra las paredes delrecipiente y sin fuerzas decohesión. Hay mucho espacio

entre partículas.

Vamos a formular de nuevo la teoría cinético molecular, pero aplicándola a los tresestados:

1. Toda la materia está formada por partículas.2. Estas partículas se encuentran en continuo movimiento.3. Las partículas se atraen entre sí, tanto más cuanto más

cerca estén. Si están muy separadas, no se atraen.4. Entre las partículas no hay nada, está el vacío.



Ejercicio 13: Explica el comportamiento de los líquidos y los sólidos utilizando lasideas de la teoría cinético-molecular de la materia:a) Los sólidos y los líquidos no se pueden comprimir, y tienen volumen constante:___________________________________________________________________________b) Los sólidos tienen forma fija, y los líquidos no:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c) Un sólido o un líquido pueden tener mayor o menor temperatura:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d) Al calentar un sólido o un líquido, se dilatan, es decir, aumenta ligeramente su volumen:_______________________________________________________________________________________________________________________________________e) Hay líquidos, como el agua y el alcohol, que se mezclan bien entre sí y que se difunden(aunque no tan rápidamente como los gases): __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Las partículas de una misma sustancia deben ser iguales entre sí, pero diferentes delas de otra. Cada clase de partículas se atraerán entre sí con fuerzas distintas, unasmayores que otras. Esto explica que, a una determinada temperatura, unas sustancias seansólidas, otras líquidas y otras gaseosas.

Ejercicio 14: En el dibujo se representan tres pares de partículas así como lasfuerzas de cohesión correspondientes a tres sustancias diferentes: una de ellas es sólida atemperatura ambiente, otra líquida y otra gaseosa. Indica a cuál corresponde cada una deellas:

a) ______________ b) _____________ c) ______________

Hemos visto en la página 8 que cuando un gas se calienta, aumentando su

temperatura, sus partículas se mueven más deprisa, chocando a más velocidad contra lasparedes del recipiente, por lo que aumenta la presión que ejerce. Cuando se calienta unsólido, también aumenta su temperatura. Lo que ocurre entonces es que las partículas quelo forman empiezan a vibrar más deprisa, pero sin llegar a desplazarse libremente como enlos gases.

Llega un momento en el que la agitación de las partículas es tan grande que lasfuerzas de cohesión no son capaces de mantener unidas a las partículas, con lo queempiezan a separarse y a desplazarse unas respecto a otras, aunque sin llegar a separarse



del todo: en este momento lo que ocurre es que el sólido ha empezado a fundirse, y latemperatura a la que ocurre esto es la temperatura de fusión. Mientras ocurre la fusión,podemos seguir calentando la sustancia sin que aumente la temperatura, hasta que toda ellase haya fundido.

Cuando calentamos un líquido, también aumenta la temperatura, es decir, laspartículas se mueven más deprisa. Habrá un momento en el que se separarán totalmenteunas de otras, lo que significa que desaparecen las fuerzas de cohesión y la sustancia seestá haciendo gas. Estamos entonces en la temperatura de ebullición, que será mayor omenor dependiendo de la fuerza de cohesión entre las partículas de la sustancia que estáhirviendo. Igual que ocurría durante la fusión, por más que calentemos, la temperatura noaumentará durante la ebullición de una sustancia pura.

Pero también es posible que una sustancia líquida se vaporice a una temperatura másbaja que la de ebullición. Este fenómeno se llama evaporación, y consiste en que algunaspartículas de la superficie del líquido tienen suficiente velocidad como para escapar de laatracción de las partículas que la rodean, separándose del todo. De este modo, vemos que alderramarse agua al cabo de un tiempo se habrá secado (evaporado) porque las partículashabrán ido escapándose al aire poco a poco.

La evaporación es, por tanto, el cambio de estado líquido a gaseoso que ocurre acualquier temperatura, pero sólo en la superficie del líquido. Los líquidos se evaporan másrápidamente cuando están muy extendidos, cuando están a mayor temperatura y, porejemplo, cuando hace viento.

a) A baja temperatura b) A alta temperatura c) A alta temperatura, y mayor superficie

Ejercicio 15: Explica los siguientes fenómenos:

a) Hay líquidos, como el alcohol o la acetona, que se secan antes que el agua:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________b) En verano se seca antes el suelo mojado que en invierno:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c) El líquido que está dentro de un recipiente cerrado no se seca:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



5. Sustancias puras y mezclas.

Decimos que una sustancia es pura cuando tiene unas propiedades característicasbien definidas. Por ejemplo, el agua pura tiene una densidad de 1 g/cm3, una temperatura defusión de 0ºC y una temperatura de ebullición de 100ºC; el mercurio en cambio funde a-39ºC, hierve a 357ºC y es casi catorce veces más denso que el agua (13,6 g/cm3). Laspropiedades características dependerán del tipo de partícula que forman a las sustancias:si se unen fuertemente o no, si tienen mucha masa o no...

Las sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales.

Son sustancias puras el agua, el alcohol, el mercurio, el nitrógeno, el hierro, elcuarzo, el diamante, etc.

Si medimos en cambio las propiedades del agua de mar, vemos que hay diferenciasentre el agua del Océano Atlántico o la del Mediterráneo, y más aún entre la de éstos y elagua del Mar Muerto, que es más densa e hierve a una temperatura mayor.

En esta fotografía se observa cómo se flota muchomejor en el Mar Muerto que en el Mar Mediterráneo,pues tiene mucho mayor contenido de sal, y ladensidad es mayor. ¿A que no eres capaz de leer elperiódico mientras te bañas en la playa de Málaga?

Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras diferentes y mezcladas.Son mezclas: el aire, el agua del mar, el aceite de oliva, la leche, el petróleo, el granito, elvidrio, etc.

Las mezclas son sustancias que están formadas por partículas diferentes.

Si observas distintas mezclas verás que en unas se distinguen sus componentes y enotras no. Podemos clasificar las mezclas en dos grandes grupos:� Las mezclas homogéneas son aquellas en las que NO podemos distinguir visualmente sus

componentes, como ocurre con el aire y el agua del mar.� Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que SÍ podemos distinguir visualmente

sus componentes, como el granito o el detergente en polvo con granos de colores...

En el lenguaje común, a estas últimas las llamamos simplemente mezclas y a lasprimeras, disoluciones.



6. Átomos, moléculas y cristales.

Con la teoría cinético molecular hemos podido interpretar las propiedades de lamateria en los tres estados, sólido, líquido y gaseoso, y suponemos que las partículas queforman las diferentes sustancias son diferentes. Vamos ahora a saber un poco más deestas partículas.

Los científicos del siglo XVIII y principios del XIX, entre ellos el químico inglésJohn Dalton y el italiano Amadeo Avogadro, explicaron el misterio de las partículas queforman la materia, y se esclarecieron los conceptos de átomo y molécula, así como los deelemento y compuesto. Para ello se supuso que:

� Toda la materia está hecha con unos "ladrillos" básicos que son los átomos, y haydiversos tipos de átomos: de hierro, cobre, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, etc..

� Los átomos se atraen unos a otros con grandes fuerzas y pueden unirse, formándoseotras partículas nuevas que tienen propiedades nuevas; a estas partículas las llamamosmoléculas.

En el dibujo se hanrepresentado cuatro átomosdiferentes, así como tresmoléculas que son las queforman otras tantassustancias muy comunes: eloxígeno que respiras, el aguay el CO2 que se desprende delos tubos de escape y que esel responsable delcalentamiento global delplaneta:

Con estas suposiciones y con la teoría cinético molecular, se formó lo que hoyllamamos teoría atómica de Dalton y Avogadro, o teoría atómica a secas:



1. Toda la materia está formada por partículas, que pueden ser: átomos o moléculas.2. Las moléculas son partículas formadas por la unión de varios átomos.3. Las partículas que forman una sustancia son iguales entre sí y diferentes de las de

otras sustancias.4. Los átomos y moléculas se encuentran en continuo movimiento.5. Todas las partículas se atraen entre sí, tanto más cuanto más cerca estén. Si están

muy separadas, no se atraen.6. Entre las partículas no hay nada, está el vacío.

Con esta teoría ya podemos explicarcómo se produce un cambio químico: laspartículas no cambian durante la reacciónquímica, pero se unen entre sí o seseparan, o se agrupan de distinta forma.Por ejemplo, para formar agua, dos átomosde hidrógeno se unen a otro de oxígenopara formar una molécula de agua:

En la página anterior hemos estudiado que la molécula consiste en dos o más átomosfuertemente unidos. Por ejemplo, la molécula de oxígeno tiene dos átomos iguales deoxígeno, y la de agua está formada por uno de oxígeno unido a dos de hidrógeno. Pero puedeocurrir que los átomos (del mismo tipo o de tipos diferentes) se unan de forma ilimitada, esdecir, en grupos de muchísimos átomos todos ellos muy fuertemente unidos, y colocados enunas posiciones determinadas. Esta forma ordenada de unión de átomos se denominaestructura cristalina o cristal. Igual que ocurría con las moléculas, los átomos pueden serde un mismo tipo o de tipos diferentes. Vamos a ver algunos ejemplos:

Estructura cristalina deldiamante, la sustancia másdura que existe, formadapor átomos idénticos decarbono.

Estructura cristalina del hierro:todos los átomos son de hierro yestán colocados en los vértices y enel centro de un cubo

Estructura cristalina de la sal común:la mitad de los átomos son de cloro(dibujados en verde) y la otra mitades de sodio (en rojo)

También hay algunas sustancias puras que están formadas por átomos aislados, queno forman moléculas. Este es el caso de los gases nobles, como el helio (que es el gas con elque se llenan los globos y los dirigibles, menos denso que el aire) o el neón (el gas con el quese llenan los tubos de neón)

Tubo luminoso de neónEl sol está compuestoprincipalmente de

hidrógeno y de helio

Dirigible lleno de gas helio,que no es inflamable

Globo lleno de helio



Los cristales suelen ser duros y para fundirlos hay que calentarlos a altastemperaturas. En cambio, las sustancias que están formadas por átomos aislados o pormoléculas suelen ser gaseosas o líquidas a temperatura ambiente. Esto se debe a que entreuna molécula y otra las fuerzas de cohesión son mucho más débiles que las que hay entrelos átomos que se unen para formar la molécula.

7. Elementos y compuestos.

En el apartado 6. hemos visto ejemplos de sustancias que están formadas porátomos aislados, átomos iguales formando moléculas y por átomos iguales que formancristales. En los tres casos estábamos hablando de elementos químicos:

Llamamos elemento a una sustancia pura que está formada por átomos de la misma clase.

Ejercicio 16: Escribe todos los ejemplos de elementos químicos que se han citado enel apartado 6, indicando cuáles están formados por:Átomos aislados:______________________________________________________Moléculas:___________________________________________________________Cristales:____________________________________________________________

Llamamos compuesto a una sustancia pura que está formada por moléculas o cristales con átomos de diferentes clases.

Ejercicio 17: En el recuadro de más abajo se representan siete recipientes, A, B, C,D, E, F y G, llenos con siete sustancias diferentes.

(tipos de´átomosempleados)

AB

CD

EF

G

a) ¿Cuáles son sustancias puras?___________________________________________b) ¿Cuáles son mezclas?_________________________________________________c) ¿Cuáles son elementos?________________________________________________d) ¿Cuáles de los elementos están formados por átomos aislados?___________________e) ¿Cuáles están formados por moléculas?____________________________________



UNIDAD 3: CAMBIOS QUÍMICOS

1. Los elementos químicos en el universo. Metales y no metales.

Hemos aprendido en la lección anterior que los elementos químicos son aquellassustancias que están formadas por átomos de la misma clase. Estos átomos pueden estaragrupados de tres formas diferentes:

� Átomos aislados: los átomos están muy separados unos de otros; es el caso de los gasesinertes, como el helio, el neón y el argón. Se encuentran en el aire, pero en muypequeñas cantidades. El helio en cambio es abundante en el sol y en las demás estrellas.

� Átomos formando moléculas: por ejemplo, el oxígeno se puede encontrar en forma demoléculas de dos átomos o de tres átomos. El aire tiene un 21 % de oxígeno que es elque necesitamos para respirar, y está formado por moléculas de dos átomos. El ozono seencuentra en cantidades mucho más pequeñas, y tiene moléculas formadas por tresátomos. Es el gas que nos protege de los rayos ultravioleta procedentes del sol. Otrosejemplos son el nitrógeno (que forma el 78 % del aire) o el hidrógeno.

� Átomos unidos formando cristales: todos los metales están formados por estructurascristalinas, es decir, átomos fuertemente unidos de forma ordenada y en grandescantidades. Por ejemplo, el hierro, el cobre, la plata o el aluminio. El diamante es unasustancia cristalina también, y es la más dura conocida. Está formada por átomos decarbono, que no es un metal.

Estudiando la luz de las estrellas, los científicos han demostrado que éstas estánformadas por los mismos elementos que encontramos en la Tierra, principalmente hidrógenoy helio. Además, cuando cae un meteorito se puede analizar y se observa que tienenminerales parecidos a los que hay en nuestro planeta, con los mismos elementos químicos.

Existen en la Tierra 90 elementos químicos naturales, es decir, 90 tipos de átomosdiferentes. Estos elementos se clasifican en METALES y en NO METALES. La mayoría delos elementos son metales, y tienen unas propiedades especiales:� Conducen la electricidad.� Transmiten muy bien el calor.� Tiene un brillo especial.� Son sólidos (salvo el mercurio, líquido) y tienen temperaturas de fusión altas en general.� Se pueden moldear, estirar, etc.

Carbono (diamante y grafito)

Oxígeno, nitrógeno,hidrógeno, cloro, yodoHelio, neón, argón

Ejemplos: hierro, cobre,aluminio, oro, plata,sodio, magnesio

CristalesMolecularesÁtomos aisladosFormados por cristalesNo metalesMetales

Elementos químicos

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 3: Cambios Químicos


2. Símbolos de los elementos químicos.

Cada elemento químico está representado por un símbolo. Este símbolo es una letramayúscula o bien una mayúscula seguida por otra minúscula. Por ejemplo, algunos elementosque empiezan por C:

Carbono: C Calcio: Ca Cobalto: Co Cobre: Cu Cerio: Ce Cesio: Cs Cloro: Cl

Muchos símbolos vienen del antiguo nombre en latín. Así, el cobre se decía cuprum yde ahí el símbolo Cu. Otros ejemplos son:

Sodio: Natrium (Na) Potasio: Kalium (K) Hierro: Ferrum (Fe)Oro: Aurum (Au) Plata: Argentum (Ag) Azufre: Sulphur (S)Mercurio: Hydrargyrum (Hg) Fósforo: Phosphorus (P) Yodo: Iodo (I)

Ejercicio 1: Investiga cuáles son los símbolos de los siguientes elementos:Hidrógeno: Cromo: Magnesio: Silicio: Flúor:Aluminio: Oxígeno: Helio: Neón: Argón:Nitrógeno: Estaño: Plomo: Litio: Cinc:Arsénico: Antimonio: Uranio: Estroncio: Bromo:

A lo largo de la historia, la humanidad ha ido conociendo cuáles eran los elementosque formaban la materia. Algunos de los elementos se conocen desde la antigüedad, como eloro, la plata y el azufre, que se encuentran como minerales nativos, en estado puro. O elhierro, metal que se obtenía a partir de minerales ricos en él. Algunos elementos como elarsénico o el fósforo fueron descubiertos por los alquimistas de la Edad Media o elRenacimiento. Pero la mayoría de los elementos químicos fueron descubiertos en los tresúltimos siglos, como el nitrógeno, el hidrógeno, el cloro, el platino... y desde el siglo XX seestán "fabricando" nuevos elementos químicos (actualmente, 27) en reacciones nucleares,como ocurre con el tecnecio, el plutonio o el americio, y que son todos ellos radiactivos.

3. La Tabla Periódica.

Los elementos químicos están clasificados en la Tabla Periódica de los elementos.Esta tabla (o Sistema Periódico, como se dice actualmente) tiene ordenados los elementosen filas y en columnas, empezando por el hidrógeno.

A cada elemento le corresponde un número de orden, el número atómico, que es unnúmero entero (1, 2, 3...) cuyo significado estudiarás el año que viene. De momento, quédatecon la idea de que los elementos están ordenados más o menos en orden creciente de masaatómica, es decir, del átomo más ligero al más pesado. Los elementos se ordenan deizquierda a derecha y de arriba a abajo. Así, si el primer elemento es el hidrógeno, elsegundo es el helio, el tercero el litio, el cuarto el berilio, el quinto el boro...



Los metales se encuentran en la tabla periódica en los grupos de la izquierda, y los nometales son los que ocupan las posiciones más a la derecha y arriba. Hay también algunoselementos (como el germanio y el arsénico) que son semimetales, y que tienen algunascaracterísticas de los metales pero también de los no metales.

Cada columna del sistema periódico es un Grupo y cada fila es un Período. Hay 18grupos y 7 períodos, que se nombran así: 1, 2, 3., etcétera. Los elementos que están en unmismo grupo se parecen entre sí en muchas propiedades. Por ejemplo:

� El último grupo de la tabla (el 18) está formado por los gases nobles. Estos elementosson el helio, el neón, el argón... es decir, todos aquellos elementos formados por átomosaislados, que son gases a temperatura ambiente y que no producen reacciones químicas.Son elementos que no forman compuestos, pues sus átomos no se juntan con los átomosde los demás elementos.

� El grupo 11 consta del cobre, la plata y el oro. Son tres metales que se parecen tambiénbastante. Son difíciles de oxidar, a diferencia de otros metales. Los dos últimos sonmetales preciosos.

� El grupo 1 (sin tener en cuenta al hidrógeno, que es un no metal) está formado pormetales muy blandos, poco densos y que se oxidan muy fácilmente.

Ejercicio 2: Escribe los nombres y los símbolos de los elementos químicos que aparecen enla tabla de la página siguiente, ordenados de 1 a 103. Para ello puedes utilizar la tabla mudaque se te entregará, o escribirlos en tu cuaderno.

Ejercicio 3: Entra en internet en la página de la tabla periódica de EDUCAPLUS(http://tablaperiodica.educaplus.org) u otra similar y pincha en los diversos elementos químicospara buscar información sobre cada uno de ellos. Contesta a las siguientes preguntas:a) ¿Hay algún elemento químico descubierto por algún español? ________________________________________________________________________________________b) ¿Cuál es elemento de mayor dureza? ______________________________________c) ¿Cuál es el elemento de mayor densidad? ___________________________________d) ¿Qué elemento tiene el punto de fusión más alto? ____________________________e) ¿Qué elemento tiene la temperatura de ebullición más baja? ____________________f) Cita cinco elementos cuyos nombres estén relacionados con algún planeta o cuerpoceleste: ________________________________________________________________________________________________________________________________g) Cita cinco elementos cuyos nombres estén relacionados con ciudades o países: __________________________________________________________________________h) Cita cinco elementos que se conozcan desde la antigüedad, y no fueron descubiertos porninguna persona en concreto:_________________________________________________________________________________________________________________



Ac

89

Ra

88

Fr

87

7

Rn

86

At

85

Po

84

Bi

83

Pb

82

Tl

81

Hg

80

Au

79

Pt

78

Ir 77

Os

76

Re

75

W 74

Ta

73

Hf

72

La

57

Ba

56

Cs

55

6

Xe

54

I 53

Te

52

Sb

51

Sn

50

In 49

Cd

48

Ag

47

Pd

46

Rh

45

Ru

44

Tc

43

Mo

42

Nb

41

Zr

40

Y 39

Sr

38

Rb

37

5

Kr

36

Br

35

Se

34

As

33

Ge

32

Ga

31

Zn

30

Cu

29

Ni

28

Co

27

Fe

26

Mn

25

Cr

24

V 23

Ti

22

Sc

21

Ca

20

K 19

4

Ar

18

Cl

17

S 16

P 15

Si

14

Al

13

Mg

12

Na

11

3

Ne

10

F 9

O 8

N 7

C 6

B 5

Be 4

Li

32

He

2

H 11

18

17

16

15

14

13

12

11

10

98

76

54

32

1grupo:

periodo

GAS NOBLE

NO METAL

SEMIM

ETAL

METAL

Tipo de elemento:

Lr

103

No

102

Md

101

Fm

100

Es

99

Cf

98

Bk

97

Cm 96

Am 95

Pu

94

Np

93

U 92

Pa

91

Th

90

Actí

nid

os

Lu

71

Yb

70

Tm 69

Er

68

Ho

67

Dy

66

Tb

65

Gd

64

Eu

63

Sm 62

Pm 61

Nd

60Pr

59

Ce

58

Lan

tán

ido

s

ESTADO FÍSIC

O DEL ELEMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE:

Neg

ro: sólido

Azu

l: líqu

ido

Rojo: gaseoso

Ver

de: elementos artificiales

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO

Unidad 3: Cam

bios Químicos

IES Miraflores. Departamento de Física y Química

33

4. Nomenclatura y formulación química de compuestos binarios.

Actualmente se conocen varios millones de sustancias distintas, que van desde lasmás simples - los elementos - hasta las más complejas, como las moléculas que forman elADN de los seres vivos. Nombrar una sustancia es darle un nombre (nomenclatura) yformular dicha sustancia es asignarle una fórmula que la represente, y que sea más cómodade utilizar que el nombre. La formulación consiste en expresar la sustancia por medio deuna fórmula.

En los comienzos de la química, a cada sustancia se le asignó un nombre propio, con loque hoy día habría que inventarse y aprenderse millones de nombres diferentes. Desde1815, existen métodos para nombrar dichas sustancias de forma que con solo escuchar elnombre ya podemos escribir la fórmula. Aun así, muchas sustancias mantienen sus nombrestradicionales, como el agua o el amoníaco.

La fórmula de un compuesto (o de un elemento) nos dice de qué elementos estáformado y en qué número, utilizando los símbolos de los elementos que ya hemos visto.Vamos a ver algunos ejemplos:

� Las fórmulas de los elementos metálicos y las de aquellos que no forman moléculas son,simplemente, los símbolos del elemento: hierro, Fe ; helio, He, etc.

� Hay moléculas muy sencillas formadas por dos o tres átomos de un elemento nometálico, como el oxígeno que se encuentra en el aire. Esta molécula tiene dos átomos ysu fórmula es O2.

� El ozono tiene tres átomos de oxígeno, luego su fórmula es O3.� El agua también está formada por moléculas, pero es un compuesto formado por dos

elementos: hidrógeno y oxígeno. Hay dos átomos de hidrógeno unidos al átomo deoxígeno: H2O.

� El peróxido de hidrógeno es el desinfectante que conocemos como "agua oxigenada".También tiene moléculas pero de dos átomos de oxígeno unidos a dos de hidrógeno: H2O2

� La sal común está formada por cristales, principalmente de cloruro de sodio. Aquí no haymoléculas, pero por cada átomo de cloro (Cl) hay un átomo de sodio (Na) y su fórmula seescribe: NaCl.

� Cuando el cloro se une al magnesio (Mg) también se forman cristales, pero por cadaátomo de magnesio se cuentan dos átomos de cloro. Resultado: MgCl2.

En este curso se estudiará la nomenclatura y la formulación de las sustancias mássencillas:

� Los elementos moleculares, es decir, elementos que están formados por moléculas;� los hidruros, que son compuestos que tienen hidrógeno y otro elemento;� los óxidos, que son combinaciones del oxígeno con los demás elementos, y � las sales binarias.



4.1. NOMENCLATURA DE LOS ELEMENTOS MOLECULARES:

Se nombran anteponiendo al nombre del elemento un prefijo que indica el número deátomos del elemento que hay en la molécula. Los prefijos que se utilizan tanto aquí como enlas demás sustancias son los siguientes:

12dodeca11undeca10deca9nona8octa7hepta6hexa5penta4tetra3tri2di1mono

SignificadoPrefijoSignificadoPrefijoSignificadoPrefijo

Veamos ejemplos:

DiyodoYodoI2DicloroCloroCl2DibromoBromoBr2DiflúorFlúorF2

TrioxígenoOzonoO3DihidrógenoHidrógenoH2

DioxígenoOxígenoO2DinitrógenoNitrógenoN2

Nombre

sistemático

Nombre

habitual

FórmulaNombre

sistemático

Nombre

habitual

Fórmula

4.2. NOMENCLATURA DE LOS HIDRUROS:

Los hidruros son compuestos de hidrógeno con otros elementos. Hay algunos de ellostan conocidos que tienen nombres propios:

Agua: H2O. Agua oxigenada: H2O2. Amoníaco: NH3. Metano: CH4.

Los hidruros se nombran con las palabras hidruro de seguidas del nombre del otroelemento. Se utilizan los prefijos vistos al principio de esta página, aunque se puedeprescindir del prefijo mono-:

Pentahidruro de fósforoPH5Tetrahidruro de estaño SnH4

Hidruro de sodioNaHTrihidruro de aluminioAlH3

Dihidruro de magnesioMgH2Hidruro de litioLiHNombre sistemáticoFórmulaNombre sistemáticoFórmula

4.3. NOMENCLATURA DE LOS ÓXIDOS:

Los óxidos son compuestos de oxígeno con los demás elementos. Se nombran con laspalabras óxido de seguidas del nombre del otro elemento. Al igual que ocurría con loshidruros, el prefijo mono- no se suele utilizar cuando sólo haya un óxido posible con unelemento concreto (como el de calcio o el de sodio) pero sí cuando haya varios:



Pentaóxido de difósforoP2O5Trióxido de difósforoP2O3

Óxido de calcioCaOÓxido de sodioNa2OMonóxido de estañoSnODióxido de estañoSnO2

Monóxido de hierroFeOTrióxido de dihierroFe2O3

Dióxido de carbonoCO2Monóxido de carbonoCODióxido de silicioSiO2Óxido de calcioCaONombre sistemáticoFórmulaNombre sistemáticoFórmula

4.4. NOMENCLATURA DE LAS SALES BINARIAS:

Las sales binarias son compuestos de un metal con un no metal, formando cristales.En las fórmulas se escribe primero el símbolo del metal y luego el del no metal. Se nombranigual que los hidruros, usando los prefijos adecuados, empezando por el nombre del nometal terminado en -uro, seguido de la preposición de y el nombre del metal. Loscompuestos binarios con azufre se nombran como sulfuros; con fósforo, fosfuros; connitrógeno, nitruros. Vamos a ver varios ejemplos:

Fosfuro de aluminioAlPNitruro de galioGaNSulfuro de sodioNa2SBromuro de potasioKBr

Dicloruro de estañoSnCl2Tetrayoduro de estañoSnI4

Trisulfuro de dihierroFe2S3Trifluoruro de aluminioAlF3

Sulfuro de calcioCaSCloruro de litioLiClNombre sistemáticoFórmulaNombre sistemáticoFórmula

4.5. EL CONCEPTO DE VALENCIA:

Ya sabemos la manera de nombrar los compuestos químicos pero, ¿cómo podemosconocer la fórmula que debe tener dicho compuesto? ¿Cuántos átomos hay de cadaelemento?

Para formular compuestos, se necesita el concepto de valencia, una característica delos átomos en sus combinaciones químicas y que sirve para conocer el número de átomos decada elemento presente en la fórmula del compuesto. Cada elemento tiene una o variasvalencias, que es como si pudiese unirse por uno o por varios sitios a la vez con los demásátomos. Vamos a hacer un símil: los tubos deplástico se empalman unos a otros con codos,conexiones en T, etcétera como los que vesen la fotografía de la derecha. Un tapón seune solamente a un tubo para taponarlo,pero un codo puede unir dos tubos y una Tpuede unir tres tubos:



Valencia de un elemento es el número de átomos de hidrógeno con el que puede combinarse, o a los que puede sustituir.

Por ejemplo, tomamos los compuestos agua y óxido de calcio. En el agua, H2O, eloxígeno tiene valencia 2 porque el átomo de oxígeno se une a 2 de hidrógeno; entonces elcalcio también tiene valencia 2 ya que en el óxido de calcio, CaO , se han sustituido dosátomos de hidrógeno por el de calcio. En el óxido de hierro FeO el hierro también actúa convalencia 2, pero en el Fe2O3 vemos que dos átomos de hierro se unen a tres de oxígeno. Sicada átomo de oxígeno tiene valencia 2, en total necesitarían 3x2 = 6 átomos de hidrógeno.Por tanto, cada átomo de hierro sustituiría a tres de hidrógeno, y su valencia es tres.

Ejercicio 4: Nombra los compuestos que se citan a continuación e indica la valencia de loselementos cloro, bromo, sodio, magnesio, azufre, aluminio, carbono y nitrógeno (NOTA:para cada elemento hay una sola valencia posible):

NaBrMgH2

NH3AlH3

H2SMgOMgCl2HClCO2NaCl

Valencias:Cl:____ Br:____ Na:____ Mg:____ S:____ Al:____ C:____ N:____

Ejercicio 5: Formula las sustancias siguientes:

Tetracloruro de carbonoTricloruro de hierroDisulfuro de plomoMonóxido de cobreBromuro de litioMetanoHexacloruro de azufreAmoniacoPentaóxido de difósforoDihidruro de calcio



5. Los cambios químicos. Ejemplos.

Seguramente habrás tenido en tus manos clavos o trozos de hierro oxidado y habráscomprobado que están recubiertos de un polvillo pardo rojizo, la herrumbre, que no separece en nada al hierro, un metal de color gris brillante; al oxidarse, el hierro se convierteen otro material diferente, el óxido de hierro.

También habrás visto troncos ardiendo en una chimenea. Cuando arde la madera soloqueda en su lugar un montoncito de cenizas (que son óxidos de metales) y se desprendengrandes cantidades de gases, sobre todo dióxido de carbono y vapor de agua, subiendo porla chimenea. La madera desaaparece y, en su lugar, se forman otras sustancias diferentes.

Como recordarás, las plantas son seres autótrofos que fabrican su alimento a partirde la energía solar, y de sustancias inorgánicas como el CO2 (que toman del aire) del agua yde las sales minerales (que toman del suelo por medio de las raíces). Los animales, loshongos y muchas bacterias son seres heterótrofos, pues se alimentan de las plantas o deotros organismos.

El hidrógeno (H2) gaseoso se combina con el oxígeno (O2) también gaseoso paraformar agua (H2O) en una reacción explosiva. De igual modo, haciendo pasar una corrienteeléctrica a través del agua (electrólisis) podemos descomponerla y transformar lasmoléculas de agua en moléculas de hidrógeno y de oxígeno, justo al revés que antes.

Todos estos cambios son ejemplos de cambios químicos, o reacciones químicas. Enellos, las sustancias que intervienen se convierten en otras diferentes. A las sustancias quehay antes de la reacción se les da el nombre de REACTIVOS, y a las que quedan después dela reacción se les da el nombre de PRODUCTOS.

REACTIVOS PRODUCTO Hidrógeno y oxígeno Agua (Antes de reaccionar) (Después de reaccionar)

Ejercicio 6: En tu casa, mezcla un poco de bicarbonato de potasio con vinagre. Observa quésucede y anota los cambios observados:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

En toda reacción química se cumple el:

Principio de conservación de la masa: la masa total de las sustancias antes y después de la reacción química permanece constante



Dicho de otro modo, la materia no se crea ni se destruye: solo se transforma. Esto lopodemos entender bien si pensamos que los átomos no se crean de la nada, ni desaparecendurante la reacción química. Son siempre los mismos, y lo que cambia es la forma en la queestán agrupados, como ya dijimos en la página 14 de la lección anterior. Por lo tanto, la masade todos los átomos que había al principio debe ser igual a la de los que quedan al final.

Ejercicio 7: La combustión es un tipo de reacción química. Por ejemplo, la combustión delgas butano es la que utilizamos para calentar la comida en la cocina. Consiste en quemar elbutano con el oxígeno del aire, y se producen dióxido de carbono y vapor de agua. Paraquemar 29 gramos de butano hacen falta 104 gramos de oxígeno.a) ¿Cuáles son los reactivos de esta reacción?:________________ y _______________b) ¿Cuáles son los productos de esta reacción?:________________ y _______________c) ¿Cuántos gramos de reactivos se han utilizado?:_____ g + _____ g = ____________ gd) ¿Cuántos gramos de productos se obtendrán?: _______________ ge) Si se desprenden 88 g de CO2 , ¿cuántos gramos de agua se producirán?:_________ gg) Las cocinas donde se usa el butano para cocinar tienen que tener orificios de ventilación.¿Por qué? ___________________________________________________________

En todas las reacciones químicas se desprende energía o bien se absorbe energíapara que ésta tenga lugar. Cuando estudiemos la lección dedicada a la energía hablaremosmás de esto. Ahora vamos a clasificar las reacciones citadas anteriormente en reaccionesexotérmicas (desprenden energía) y endotérmicas (absorben energía):

Ejercicio 8: Indica con una X qué reacciones son exotérmicas y cuáles endotérmicas:

Combustión del butano para calentar la comidaElectrólisis del agua para descomponerla en hidrógeno y oxígenoCombinación del hidrógeno y el oxígeno para formar aguaMetabolismo de los alimentosFotosíntesis realizada por las plantasCombustión de la madera en una chimenea

XEj.: Oxidación del hierroENDOEXOReacción

6. La ecuación química.

Las reacciones químicas se escriben de modo simplificado por medio de ecuacionesquímicas. En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos separadas porel signo +; a continuación, una flecha que apunta a la derecha, seguida de las fórmulas delos productos separadas tambien por el signo +. Delante de cada fórmula se escribe unnúmero, el coeficiente, que indica el número de moléculas o de átomos que intervienen en lareacción. Si los coeficientes están bien escritos, debe haber el mismo número de átomos decada elemento antes y después de la flecha, lo que significa que se cumple el principio deconservación de la masa. Si no se pone ningún número, se entiende que es un uno.



Pongamos como ejemplo la reacción del hidrógeno con el oxígeno, para dar agua:

2 H2 + O2 2 H2ODos moléculas de hidrógeno reaccionan con una molécula de oxígeno para dar dos

moléculas de agua. Esto mismo, representado con dibujos, quedaría así:

Contando los átomos, comprobamos que antes de reaccionar hay cuatro de hidrógenoy dos de oxígeno, los mismos que hay después de la reacción: el número de átomos se debeconservar. No ocurre lo mismo con el número de moléculas, pues en los reactivos hay tres yal final solo dos.

Una ecuación química se dice que está ajustada cuando tiene los coeficientesadecuados para que se cumpla el principio de conservación de la masa, y haya el mismonúmero de átomos de un elemento antes y después de la flecha. Normalmente se escribenlos coeficientes como números enteros lo más pequeños posible:

N2 + 3 H2 ---> 2 NH3

2 Na + Cl2 ---> 2 NaCl

C3H8 + 5 O2 ---> 3 CO2 + 4 H2O

4 Al + 3 O2 ---> 2 Al2O3

Nitrógeno e hidrógeno para dar amoniaco:N2 + H2 ---> NH3

Cloro y sodio para dar cloruro de sodio:Na + Cl2 ---> NaCl

Propano y oxígeno para dar CO2 y agua:C3H8 + O2 ---> CO2 + H2O

Aluminio y oxígeno para dar trióxido de dialuminio:Al + O2 ---> Al2O3

Reacción ajustadaReacción sin ajustar

Para saber si una ecuación química está ajustada, hay que multiplicar el número deátomos de un elemento (el subíndice que aparece en la fórmula) por el coeficiente (el quese escribe delante de cada fórmula) en los reactivos y en los productos, y deben coincidir.Por ejemplo, en la reacción del aluminio con el oxígeno, 4 Al + 3 O2 ---> 2 Al2O3 :

2 · 3 = 6 átomos3 · 2 = 6 átomos

Oxígeno

2 · 2 = 4 átomos

4 · 1 = 4 átomosAluminioDespuésAntesElemento

Se comprueba que hay 4 átomos de aluminio y 6 de oxígeno antes y después dereaccionar.



UNIDAD 4: CAMBIOS FÍSICOS. MOVIMIENTOS Y FUERZAS

1. Qué son los cambios físicos. Ejemplos.

En la unidad anterior hemos estudiado los cambios químicos, que son aquellos enlos que se modifica la naturaleza de las sustancias. A partir de ahora vamos a estudiar loscambios físicos.

Cambios físicos son aquellos en los que NO cambia la naturaleza de las sustanciasque intervienen en ellos.

Muchos de los fenómenos que observas a diario a tu alrededor son cambiosfísicos. Podemos clasificarlos en los siguientes tipos:

� De movimiento� Térmicos� Ópticos y sonoros� Eléctricos

1.1 DE MOVIMIENTOSon los que trataremos en esta unidad. Los objetos pueden estar quietos (en

reposo) o cambiando de posición (en movimiento). A las causas que hacen que un cuerpocambie su movimiento las llamamos INTERACCIONES. Hay dos tipos de interacciones queobservamos a diario:

� La GRAVITATORIA, que es la que hace que los astros como el Sol, la Tierra y laLuna se muevan de la forma que lo hacen. También es la responsable de que las cosasse nos caigan al suelo, por ejemplo, y de que suba y baje la marea.

� La ELECTROMAGNÉTICA, que es la responsable de que se produzcan todos loscambios químicos. Los átomos se atraen y se unen gracias a esta interacciónelectromagnética.

1.2 TÉRMICOS

En las lecciones anteriores ya hemos hablado un poco de cómo la materia estáformada por partículas en movimiento. Al aumentar la temperatura, las sustancias cambiande estado, los gases aumentan su presión, etc.. Todos estos cambios son ejemplos decambios térmicos. Los volveremos a estudiar en la unidad 5.

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 4: Cambios Físicos


1.3 ELÉCTRICOSAntes hemos citado que las interacciones electromagnéticas son las que

producen los cambios químicos, atrayendo los átomos entre sí y manteniéndolos unidos.También observamos cambios eléctricos cuando encendemos la luz, o cuando dos imanes seatraen y repelen. Este tipo de cambio se tratará en cursos posteriores, así como en laasignatura de Tecnología, donde se tratarán sus aplicaciones prácticas: los circuitoseléctricos.

1.4 ÓPTICOS Y SONOROSLos estudiaremos con detenimiento en la unidad 7, y tienen que ver con la luz y

el sonido. En este tipo de cambios se transmite energía a distancia, sin transportarmateria.

Ejercicio 1: Identifica los siguientes cambios físicos según la clasificación que acabamosde ver. Ejemplo: se cae una manzana....de movimiento

Se enchufa un calefactor de aire caliente

Cae el granizo

Con el calor, se evapora el agua del mar y se forman nubes

Suena un trueno

Cae un rayo

Sale el sol por el este

Se derrite un cubito de hielo

XEjemplo: se cae una manzana

Óp.-son.Eléct.Térm.Movim.CambioEjemplos de cambio físico

Como habrás podido ver en el ejercicio 1, hay cambios que son fáciles de clasificar yotros que no lo son tanto, y es que en realidad todos estos cambios están muy relacionados entresí, y también con los cambios químicos.Ejercicio 2: ¿Qué tienen en común todos los cambios físicos?____________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

2. El movimiento de los cuerpos. Características.

Ejercicio 3: Indica qué cosas se están moviendo y qué cosas están en reposo:

El asiento de un avión donde estás sentado

El Sol

La Tierra

La pizarra de la clase

Un coche en un semáforo

Una nube en el cielo

Un pájaro volando

XEjemplo: se cae una manzana

ReposoMovimientoObjetoEjemplos de objetos en movimiento y objetos en reposo



Todo lo que conocemos se mueve. Incluso si has contestado que la pizarra estáquieta y después has puesto que la Tierra se mueve alrededor del Sol, habrás tenido quecorregirlo, pues la pizarra se mueve con la Tierra. Es más: hasta el Sol está en movimientodetro de nuestra galaxia (la Vía Láctea) y nuestra galaxia, formada por millones deestrellas como el Sol, está girando y moviéndose a su vez. En realidad, el que un objetoesté en reposo depende de quién lo esté observando. Si has viajado alguna vez sentado enun tren o en un avión, habrás tenido la sensación en muchos momentos de que no te movías,especialmente cuando se viaja en línea recta y sin mirar por la ventana.

Desde la Tierra, vemosmoverse la Luna anuestro alrededor,saliendo por el este yponiéndose por el oeste.Desde la Luna, losastronautas observaroncómo la Tierra se movíaa su alrededor.

Para describir cualquier movimiento, hay que elegir un cuerpo cualquiera (porejemplo, una marca en el suelo) y suponer que está en reposo. Éste es el origen del sistemade referencia, el que nos va a servir para describir el movimiento.

Por ejemplo: en la fotografía de la derecha ves avarios atletas que están a punto de empezar a correr loscien metros lisos. La línea de salida, pintada en el suelo, seráel origen del sistema de referencia. Ahora sólo tenemos quemedir la distancia de cada atleta a esta línea para saberdónde se encuentran en cada momento. Al objeto que semueve, como cada uno de lo atletas de este ejemplo, lolamaremos móvil.

Ejercicio 4: Fíjate en la ilustración, donde están escritas las velocidades que aparecen enel cuentakilómetros de cada vehículo, y supón que eres la persona que está en el cochedescribiendo lo que ves del siguiente modo:

- Mi coche está en reposo.- El ciclista se aleja de mí.- La persona que está asomada a la ventana pasa a mi lado a 60 km/h.- El motorista se acerca a mí a 20 km/h



Repite la descripción de lo que ves:

La persona de la ventana...Yo...

Mi moto...El motorista...

El ciclista...El ciclista...

El coche...El coche...

Si tú eres el motorista.Si tú eres la persona de la ventana.

Ejercicio 5: Viajas por carretera a 80 km/h y te adelanta otro conductor a 110 km/h. ¿Aqué velocidad ves venir al otro conductor? ____________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Y si te cruzas con otro que viene en sentido contrario a 60 km/h, ¿qué velocidad tiene conrespecto a ti?____________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Tenemos que aceptar que las cosas se mueven, o no, dependiendo del sistemaque se tome como referencia. Por eso, decimos que el movimiento es relativo.

Ejercicio 6: Mira esta foto y explica: ¿quién se mueve, la moto o los espectadores?______________________________________________________________

Vamos a conocer ahora las características principales de un movimiento:

� La posición� La trayectoria� La distancia recorrida� El desplazamiento

2.1 POSICIÓN (x)

La posición de un móvil es el lugar que ocupa en el sistema de referencia. Haymuchas formas de hacerlo. Vamos primero a establecer la posición del pupitre dondeestás sentado por medio de coordenadas.



Ejercicio 7: Localiza tu mesa en la clase de la siguiente forma:

� Toma como origen del sistema de referencia la esquina que forman la pared de lapizarra y la de las ventanas.

� Cuenta el número de baldosas desde la pared de la pizarra y anótalas en la primeracasilla, la que pone “x”.

� Cuenta ahora el número de baldosas desde la pared de la ventana y anótalas en lacasilla “y”.

� Mide la anchura de cada baldosa con una regla, y calcula las distancias x e y enmetros. Para ello, multiplica el número de baldosas por el ancho de cada una de ellas.Anota las distancias en metros.

� Calcula la distancia de tu mesa al origen del sistema de referencia usando el teoremade Pitágoras:

distancia =

y = mx = m Distancia = m

y = baldosasx = baldosas

En las actividades que vamos a realizar a partir de ahora, la posición (x) ladeterminaremos como la distancia entre el punto donde se encuentra el móvil y el origendel sistema, medida a lo largo de la trayectoria.

Normalmente vamos a representar por xi la posición inicial (es decir, la queocupa el móvil en el instante inicial) y por xf la posición final, que es la que ocupará en elinstante final.

2.2 TRAYECTORIA

Alguna vez habrás observado el rastro quedeja tras de sí un esquiador que se desliza por lanieve; esa estela, que se forma por las posiciones queva ocupando, es su trayectoria. De igual modo, lacarretera es la trayectoria que sigue un automóvil, yun tren tiene una trayectoria muy marcada por la vía.

Trayectoria es la línea que resulta de unir todos los puntos correspondientes a lassucesivas posiciones ocupadas por un móvil.



2.3 DISTANCIA RECORRIDA (e)

Es la longitud de la trayectoria descrita por el móvil desde su posición inicial (xi) hasta su posición final (xf).

e = xf - xi

2.4 DESPLAZAMIENTO

Es también ladiferencia entre las posicionesinicial y final, pero medida enlínea recta.

En la fotografía de la derechaaparcen de nuevo los esquiadores de antes, peroahora aparecen destacadas la trayectoria deuno de ellos (el B) y el desplazamiento del otro(el A) desde su posición inicial hasta la posiciónfinal. La distancia recorrida es mayor que eldesplazamiento realizado

Ejercicio 8: En la siguiente fotografía,tomada desde un satélite desde unos 300 o 400 km de distancia (obtenida con GoogleEarth) se observa un autobús urbano en laAvenida de Andalucía de la ciudad deMálaga. Está marcada la trayectoria desdeque salió de un semáforo hasta un punto alfinal de la rotonda.

a) Indica la distancia recorrida por el autobús desde que salió del semáforo hasta laposición x i ocupada en el momento en que el satélite tomó la fotografía_______________________________________________________________

b) Indica el desplazamiento efectuado por el autobús desde el semáforo hasta la posiciónfinal. _______________________________________



desplazamiento

distancia recorridatrayectoria

XX

if

O

3. Magnitudes del movimiento.

Para estudiar con precisión el movimiento, hemos de utilizar al menos tresmagnitudes:

� El espacio recorrido, � El tiempo, y � La rapidez.

El espacio o distancia recorrida (e) es algo que ya se ha definido anteriormente.Por otra parte:

El tiempo (t) se refiere a lo que tarda el móvil en recorrer la trayectoria.

Finalmente, hay una magnitud que relaciona el espacio recorrido con el tiempoempleado y es la rapidez:

La rapidez (v) es la distancia que el móvil recorre en la unidad de tiempo.

e xf - xi v = --------- = ------------ t t

Ejercicio 10: Indica si son verdaderas o falsas las siguientes proposiciones:

� Cuanto mayor sea la rapidez de un móvil, menor será el tiempo empleado es recorrer unespacio.

� Si un móvil A tiene un movimiento el doble de rápido que un móvil B, en una hora Arecorrerá el doble de espacio que B

� Si un avión recorre 600 km en dos horas, irá más rápido que otro avión que tarde 200km en media hora.

En la vida cotidiana, es frecuente medir la rapidez en kilómetros recorridoscada hora (decimos: “kilómetros por hora”) y esto se representa así: km/h. Sin embargo,en el Sistema Internacional la unidad de medida para la rapidez es el metro dividido porsegundo: m/s.

Veamos un ejemplo de cómo calcular la rapidez: una piña cae de un pino desdeuna altura de veinte metros tardando dos segundos en llegar al suelo; su rapidez ha sido:

v = e/t = 20 m : 2 s = 10 m/s



Esto no significa que la piña haya caídosiempre con la misma celeridad. En realidad, en elprimer segundo la piña ha recorrido cinco metrosy los otros 15 metros los ha recorrido en elsiguiente. Lo que hemos calculado es la rapidezmedia de la piña, que ha ido cayendo cada vez másdeprisa (si no fuese así, daría lo mismo que algocayese desde un metro de altura que desde cienmetros). Los vehículos tienen velocímetro, unaparato que mide la rapidez instantánea , que esla que se tiene en cada momento.

También los radares de la Dirección General de Tráfico miden la rapidezinstantánea, y ya sabes lo que sucede cuando se supera cierta rapidez…

Radar de la Guardia Civil de

Tráfico

Velocímetro

de bicicleta

Velocímetro y

podómetro de un

automóvil

Velocímetro y podómetro

(cuentakilómetros) de una

Vespa antigua

Ejercicio 11: Además de los radares fijos y móviles, actualmente la DGT está instalandounos aparatos que miden el tiempo que se tarda en recorrer un túnel para saber si se hasuperado la velocidad máxima permitida (o sea, la rapidez) en el túnel. Supón que se instalauno de estos aparatos en un túnel de 1000 m de longitud donde no se puede superar unavelocidad máxima de 60 km/h. Marca con una cruz aquellos vehículos que pueden sermultados por exceso de velocidad. Pista: piensa en los minutos que tiene una hora.

62 s60 km/h59 km/hAutomóvil

50 s58 km/h55 km/hCamión

1 min50 km/h70 km/hMotocicleta

¿Puede sersancionado? sí/no)

Tiempo empleado enrecorrer el túmel

Velocidad al salirdel túnel

Velocidad alinicio del túnel

Vehículo

Para convertir una rapidez expresada en m/s a km/h y viceversa, debes usarfactores de conversión. Por ejemplo: en España, la máxima rapidez permitida para circularpor autovías y autopistas es de 120 km/h. ¿A cuánto corresponde en m/s? Lo haremos así, teniendo en cuenta que:

1 km = 1000 m 1 h = 60 min = 3600 s



5 m

15 m

t = 0 s

t = 1 s

t = 2 s

120 = 120 · · = km km 1000 m 1 h 1200 m m

h h 1 km 3600 s 36 s s= 33,3

Otro ejemplo, ahora al revés: un buen velocista es capaz de correr los cienmetros lisos en diez segundos. ¿Con qué rapidez media corre, expresándola en metroscada segundo y en kilómetros por hora?

v = = 10 · · = 100 m m 1 km 3600 s 10·3600 km k m

10 s s 1000 m 1 h 1000 h h= 36

Esto quiere decir: el atleta es capaz de correr a una media de… ¡36 km/h! Enrealidad, ha alcanzado velocidades mayores, pues ha tenido que arrancar desde cero.Cuando practiques un poco los cambios de unidades, verás que:

� Para pasar de m/s a km/h ---> se multiplica por 3,6� Para pasar de km/h a m/s ---> se divide por 3,6

Ejercicio 12: Una bicicleta se mueve a 5 m/s y otra recorre 10 km en 15 minutos. ¿Cuál lleva mayor rapidez?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ejercicio 13: ¿Quién corre más, una liebre o un caracol? Datos: � La liebre recorre 4000 cm en 4 s� El caracol de carreras* tarda 3 segundos en recorrer 90 metros.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________*Los “caracoles de carreras” existen: aparecen en “La Historia Interminable”, de Michael Ende. Ejercicio 14: Completa la siguiente tabla, escribiendo las cantidades que faltan:

Un satélite artificial que recorre 10

km en 1 s

Un caracol (normalito) que avanza

10 cm en 1 minuto

Un avión que recorre 800 km en 1

hora

10 · 3,6 = 36 km/h20 m : 2 s = 10 m/sEjemplo: la piña que caía

20 m en 2 segundos

Rapidez, en km/hRapidez, en m/sMovimiento



4. Tipos de movimiento.

Vamos ahora a hacer una clasificación de los movimientos según sea su:� Trayectoria� Rapidez

4.1 MOVIMIENTOS SEGÚN LA TRAYECTORIA

Hay infinitas trayectorias posibles. Algunas son muy simples, como la de la piñacayendo del árbol, y otros muy complejos, como el de una mosca volando. Todos estosmovimientos los podemos clasificar en:

Movimientos

Rectilíneos

Circulares Parabólicos Elípticos Otros

Curvilíneos

� Rectilíneos: su trayectoria es una línea recta, como la de un objeto que cae libremente,o una bola de billar rodando por la mesa.

� Circulares: su trayectoria es una circunferencia, como ocurre cuando gira una rueda,un engranaje, las agujas de un reloj…

� Parabólicos: su trayectoria es una parábola, como la de un balón al ser lanzado con unapatada.

� Elípticos: su trayectoria es una elipse. Los planetas describen órbitas alrededor del solque son elípticas. El astrónomo alemán Johannes Kepler hizo este descubrimiento aprincipios de siglo XVII. Más tarde, Isaac Newton usó este dato para elaborar laTeoría de la Gravitación Universal.

Ejercicio 15: Dibuja una elipse. Pon este folio encima de un periódico o una tabla y clava 2chinchetas en los focos de la elipse (F1 y F2). Anuda firmemente los extremos de un trozode hilo fuerte de unos 8 o 9 cm de longitud a cada chincheta: debe quedar destenso. Tomaun lápiz y tensa el hilo con la punta apoyada en el papel; muévelo hacia todos los lados conel hilo tenso hasta dibujar una línea cerrada. Esa línea es una elipse. Representa ahora elSol y la Tierra: el sol estaría en uno de los focos, y la Tierra en un punto cualquiera de laelipse.

F F1 2



4.2 MOVIMIENTOS SEGÚN LA RAPIDEZ

Se refiere a que la rapidez del móvil puede variar o no. Según eso, losmovimientos pueden ser:

Movimientos

Uniformes

Uniformemente acelerado

Uniformemente retardado Otros

No uniformes

•Uniforme: es el movimiento que tiene una rapidez instantánea constante. Dicho de otromodo: se mueve siempre a la misma velocidad. Esto ocurre, por ejemplo, cuando viajamosen un coche y vemos que el velocímetro marca siempre lo mismo.•No uniforme: al contrario que en el movimiento uniforme, la rapidez cambia, ya seaaumentando (movimiento acelerado) o disminuyendo (movimiento retardado). •Movimiento uniformemente acelerado: como el que tiene una manzana al caer desde elárbol. En estos casos de movimiento de caída libre, la rapidez aumenta de una formaconstante: unos 10 m/s cada segundo que pase.•Movimiento uniformemente retardado: en ellos, la rapidez disminuye de una formaconstante, como le ocurriría a la manzana del ejemplo anterior al ser lanzadaverticalmente hacia arriba, que perdería unos 10 m/s de rapidez cada segundo que pasase.Entonces llegaría un momento en que dejaría de subir y empezaría a bajar con movimientoacelerado.

Ejercicio 16: ¿Cuánto tiempo tardaría en llegar al punto más alto la manzana anterior si lahas soltado hacia arriba con una rapidez inicial de 30 m/s? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Ecuaciones del movimiento uniforme.

De todos los tipos de movimiento que existen, este curso sólo vamos a estudiaraquellos que tienen una trayectoria rectilínea y rapidez constante: estamos hablando delmovimiento rectilíneo uniforme (MRU). En el MRU, como en cualquier otro, el caminorecorrido es la diferencia entre la posición final, xf, y lainicial xi: e = xf – xi

En la fotografía de la bola de billar de la derecha,se pueden observar las magnitudes explicadas:



La rapidez se corresponde con:

v = t t

= e x - xf i

Despejando de la expresión anterior:

xf = xi + v · t

Esta ecuación es la ecuación general del movimiento rectilíneo uniforme.Indica el valor de la posición del móvil (xf) si conocemos la posición inicial (xi) la rapidez (v)y el tiempo empleado (t).

Fíjate en la fotografía de lacarrera de cien metros lisos. La atleta dela calle 4 se encuentra, en el momento detomarse la foto, a 70 m de la salida, y a30 m de la meta. Su rapidez es constantey vale 8 m/s. ¿Habrá llegado a meta tressegundos después?

Identificamos las magnitudes de la ecuación del movimiento:

� El origen del sistema de referencia será la salida.� La posición inicial de la atleta, xi = 70 m� La rapidez, v = 8 m/s

La ecuación del movimiento quedará así:

x = x + v · tf i

70 m 8 m/s

Luego: xf = 70 + 8·t

Ahora sólo tenemos que sustituir la t de tiempo por el que queramos y nos darála posición en ese instante. Por ejemplo, si t = 3 s

xf = 70 + 8 · 3 = 70 + 24 = 94 m



Aún no habrá llegado a la meta, pues le faltarán 6 metros para llegar a laposición xf = 100 m, que es donde está situada la meta.

Es importante usar el mismo tipo de unidades, de tiempo o de longitudes, entodas las magnitudes empleadas en la ecuación, y no mezclar posiciones en metros conrapidez en km/h, ni mezclar km/h con tiempos expresados en segundos. Por ejemplo, si enla atleta anterior nos hubiesen dicho que la atleta estaba corriendo a 30 km/h, primerodeberíamos haber pasado este dato a m/s, si queremos usar distancias en metros ytiempos en segundos.

Ejercicio 17: Un objeto se mueve con un MRU de ecuación xf = 5 + 10·t. Indica la posicióninicial, la rapidez con que se mueve y la posición final al cabo de diez segundos: xi =____________ m v = _____________m /s xf = ____________ m

Ejercicio 18: A continuación aparecen escritas las ecuaciones de tres móvilesMÓVIL A xf = 5 + 5·tMÓVIL B: xf = 10 + 2·tMÓVIL C: xf = 4·t

¿Qué móvil está más alejado en el instante t = 1 s?

¿Qué móvil recorre ocho metros en cuatro segundos?

¿Qué móvil está pasando por el origen en el instanteinicial?

¿Qué dos móviles ocuparán la misma posición en elinstante t = 5 s?

¿Cuál está más alejado del origen en el instante inicial?(cuando t = 0)

¿Qué móvil es el más veloz de todos?Móvil CMóvil BMóvil A

6. Representación gráfica del movimiento.

Al tratar el movimiento es interesante utilizar representaciones gráficas. Porejemplo, podemos representar las posiciones ocupadas por un móvil a lo largo del tiempo(gráfica x-t) o bien representar la velocidad al cabo del tiempo (gráfica v-t)

6.1 GRÁFICA POSICIÓN-TIEMPO (x-t)

Para estudiar el movimiento de dos vehículos (M1 y M2) que se desplazan por unacarretera recta, hemos tomado su posición cada dos segundos, obteniendo esta tabla dedatos:



151050Posición de M2 en metros3020100Posición de M1 en metros6420Tiempo (s)

Llevamos estas parejas de datos a un diagrama x-t: los tiempos (t) en el ejehorizontal y las posiciones (x) en el vertical:

0 2 4 6 t(s)

x (m)

10

20

30

xo0

x

x

x

o

o

o

Si unimos estos puntos, aparecen dos rectas que son las representacionesgráficas de los movimientos de M1 y de M2:

0 2 4 6 t(s)

x (m)

10

20

30

x

x

x

o

o

o

xo

M1

2M

0

La recta de mayor inclinación hacia arriba es la que corresponde a M1, que es elmóvil con mayor rapidez. Para calcular la rapidez, se toman dos pares de valores (porejemplo los que están sombreados en la tabla) y se hace la siguiente operación:

t t 6 s - 0 s 6 s s v = ---------- = ------------ = ------------------- = ----------- = 5 ----- e xf - xi 30 m - 0 m 30 m m

Si hubiésemos tomado los otros dos valores habríamos obtenido elmismo resultado. Esto ocurre así porque la rapidez es constante al tratarse de de unmovimiento uniforme:



t t 4 s - 2 s 2 s s v = ---------- = ------------ = ------------------- = ----------- = 5 ----- e xf - xi 20 m - 10 m 10 m m

Ejercicio 19: Calcula la rapidez del móvil 2 tomando dos parejas de datos de la tabla, yluego otros dos, y comprueba que se obtiene el mismo resultado:

t t ___s - ___s ___ s s v = ---------- = ------------ = ------------------- = ----------- = ____ ----- a) e xf - xi ____ m -___ m _____ m m

t t ___s - ___s ___ s s v = ---------- = ------------ = ------------------- = ----------- = ____ ----- b) e xf - xi ____ m -___ m _____ m m

6.2 GRÁFICA RAPIDEZ-TIEMPO (v-t)

Si en el eje vertical, en vez de representar las posiciones representamos larapidez de cada móvil, obtenemos el siguiente gráfico:

0 2 4 6 t(s)

v(m/s)

7,5

x x x

o o o

xo

M1

2M2,5

5

0

Esto ocurirá siempre en un MRU: que la gráfica de la velocidad frente al tiempoes una línea recta horizontal

Ejercicio 20: Dos peatones, A y B, caminan por una calle recta en el mismo sentido convelocidades de 1 m/s y 2 m/s respectivamente. El peatón A estaba en la posición x = 6 mcuando empezó a contar el tiempo, mientras el peatón B estaba en el origen. Completa latabla de resultados, calcula la rapidez de cada uno, y representa gráficamente lasposiciones y velocidades de cada uno:

16420B14976A

10 s9 s8 s7 s6 s5 s 4 s3 s2 s1 s0 sPeatón



x (m) v (m/s)

0 0t (s) t (s)

Rapidez peatón A: vA =___________ m/sRapidez peatón B: vB =___________ m/s¿Qué ocurre en el instante t = 6 s? ¿Cómo se ve reflejado en la gráfica? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ejercicio 21: A continuación tienes una serie de gráficas. Marca aquellas que correspondana movimientos rectilíneos uniformes, e indica cuáles de ellas podrían pertenecer a un móvilque está quieto (con respecto al sistema de referencia, claro):

MRU:____________ En reposo:___________

x v v x x

v x x v x

t t t t t

t t t t t

A B C D E

F G H I J

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

Ejercicio 22: De las gráficas del ejercicio anterior, ¿cuáles pueden corresponder amovimientos en los que el móvil ocupa una posición inicial que es justamente el origen delsistema de referencia? ¿Por qué? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ejercicio 23: En las gráficas del ejercicio 21, vemos que hay una de ellas (la C) que es unarecta inclinada hacia abajo, en vez de hacia arriba. ¿Sabrías explicar qué significa esto?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



7. Las causas de los cambios en el movimiento: las fuerzas.

En la Antigüedad se creía que el estado natural de las cosas era el reposo, y quepara que se movieran hacía falta que actuara sobre ellas una fuerza que les prporcionarael impulso necesario. Hoy sabemos que el estado natural de las cosas es el movimiento, queen el universo no hay nada que esté en reposo de un modo absoluto.

La materia tiene una propiedad muy importante relacionada con su estado demovimiento, que es la inercia:

La inercia es una propiedad de la materia por la que esta tiende a conservar su estadode reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.

Si un objeto se encuentra en reposo, seguirá así eternamente, y si se mueve conMRU mantendrá ese movimiento siempre a no ser que actúe sobre él una fuerza.

Las fuerzas son las causas capaces de modificar el estado de movimiento o de reposode los cuerpos, o de producirles deformaciones.

Vamos a detenernos en esta última frase:

7.1 EFECTOS DE LAS FUERZAS: MODIFICAR EL ESTADO DE MOVIMIENTO

Si una fuerza actúa sobre un cuerpo, le producirá un cambio en su estado actual. Unlibro que esté sobre una mesa, en reposo con relación a ella, se pondrá en movimiento si loempujamos. Un balón que se mueve hacia el portero quedará en reposo respecto a élcuando lo atrape, al ejercer una fuerza sobre él. Las fuerzas pueden poner en movimientolo que estaba en reposo, y detener lo que estaba en movimiento.

Las fuerzas pueden incrementar o reducir la rapidez con que se mueven los cuerpos,incluso sin variar su trayectoria. En una carretera recta, cuando un coche aumenta elempuje del motor, incrementa su rapidez: decimos que acelera. Al pisar el freno, el cochereduce su rapidez: decelera.

Hay una magnitud que mide lo que varía la rapidez de un móvil y lo relaciona con eltiempo empleado: es la aceleración:

Llamamos aceleración a la variación de la rapidez de un móvil en una unidad de tiempo



Matemáticamente, podemos expresarlo así:

vfinal - vinicial

aceleración = ------------------- tiempo

La unidad de aceleración, en el S.I., es el metro dividido por el segundo al cuadrado:1 m/s2 es la aceleración de un móvil que aumenta su rapidez en 1 m/s durante un intervalode tiempo de un segundo.

Ejercicio 24: La rapidez de la piña de la página 8 durante los dos primeros segundosaparece escrita en la siguiente tabla:

20 m/s10 m/s0 m/sRapidez:20 m5 m0 mPosición:2 s1 s0 sInstante de tiempo:

Calcula la aceleración con la que cae la piña:a) Durante el primer segundo de caída: se calcula así: la rapidez final, vfinal = 10 m/s; larapidez inical, vfinal = 20 m/s; tiempo transcurrido = 1 s.

Aceleración: a = (vfinal - vinicial ) : t = (10 m/s - 0 m/s) : 1 s = 10 m/s : 1s = 10 m/s2

b) Durante el siguiente segundo de caída: _____________________________________________________________________________________________________c) Durante todo el trayecto, desde que salió del árbol hasta que estaba a punto de tocar elsuelo:________________________________________________________________________________________________________________________________¿Qué conclusión sacas?: ________________________________________________

Si un objeto se mueve con movimiento acelerado, es porque actúa sobre él unafuerza. Si, en cambio, un cuerpo se mueve con MRU o está en reposo, es porque no actúaninguna fuerza sobre él o bien porque las fuerzas que actúan sobre él se anulanmutuamente. Vamos a poner varios ejemplos:

� La piña que caía desde lo alto del pino de las páginas 7 y 8: cae con movimientoacelerado porque la Tierra ejerce una fuerza de atracción (gravedad) sobre la piña.

� Un libro sobre una mesa: está en reposo aunque la Tierra lo atrae al igual que lo hacíacon la piña. Pero además hay una fuerza que es la que ejerce hacia arriba la mesa sobreel libro, y que vale lo mismo que el peso. La suma de las dos fuerzas es cero.

� Un coche frena al acercarse a un semáforo en rojo: los frenos ejercen una fuerzasobre el coche en sentido contrario al del movimiento, reduciendo su rapidez.

� Un avión en vuelo horizontal con MRU: hay una serie de fuerzas muy complejas que seejercen sobre el avión, como la atracción de la Tierra, la que ejercen los motores, laque ejerce el aire sobre las alas... lo que está claro es que, si se mueve con MRU, lasuma de todas esas fuerzas es cero.



Pero una fuerza también puede cambiar la trayectoria de un móvil aunque no varíesu rapidez. Las fuerzas curvan la trayectoria rectilínea de los cuerpos en movimiento:

� Una pelota de tenis describe en el aire una curva que se llama parábola, gracias a que laTierra ejerce una fuerza sobre la pelota hacia abajo. Si no existiese dicha fuerza, lapelota seguiría en línea recta.

� Los planetas a su vez son atraídos hacia el sol y se quedan girando en órbitas que sonelipses. Al igual que antes, si no existiese esta fuerza de atracción, los planetas semoverían con MRU.

� La bola de billar, al tocar la banda se desvía. Después de tocarla sigue con movimientorectilíneo. Si en vez de tocar la banda golpea a otra bola que estaba en reposo, estaúltima se pondrá en movimiento rectilíneo, y la primera bola cambiará su trayectoria ysu rapidez.

Ejercicio 25: Cuando se lanza una nave de exploración a Marte, los cohetes que la impulsanconsumen todo su combustible en pocos minutos. Entonces se desprende de los cohetes ysigue su viaje a Marte que puede durar varios meses. ¿Cómo llega el satélite a Marte sincohetes? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.2 EFECTOS DE LAS FUERZAS: PRODUCIR DEFORMACIONES

Las fuerzas producen también deformaciones en los cuerpos. Hay varios tipos decuerpos, dependiendo de cómo se comportan al ser deformados por una fuerza:

� Elásticos, si recuperan de nuevo su forma, como un muelle, un balón o un arco.� Plásticos, si conservan la deformación, como le pasa a la plastilina o al barro.� Rígidos, si apenas se deforman, como le pasa a una roca.� Frágiles, si al presionarlos se rompen con facilidad, como el vidrio o la porcelana.

Cuerpo frágil:

un vidrio

Cuerpo rígido:

una roca

Cuerpo plástico:

de plastilina

Cuerpo elástico:

un muelle

No hay cuerpos perfectamente elásticos, ni completamente rígidos, ni plásticos.Todo tiene un límite: si un muelle se estira más de la cuenta, acabará deformándosepermanentemente, o rompiéndose.



8. Tipos de fuerzas.

Aunque en principio pudiera parecer que en la naturaleza hay muchas fuerzas denaturaleza muy variada, a la hora de la verdad se clasifican según su origen en tres grupos:

Fuerzas

Gravitatorias

Nucleares

Electromagnéticas

� Las fuerzas nucleares no las captan nuestros sentidos. Se conocen gracias a lainvestigación científica estudiando los efectos que producen. Son las responsables deconstruir los átomos, y sólo se dan entre partículas que están muy cercanas entre sí. Se ponen de manifiesto solamente en las centrales nucleares y en la explosión de unabomba atómica.

� Las fuerzas de origen gravitatorio en cambio sí las observamos a diario, como ocurrecon el peso. También son las que hacen que los planetas giren alrededor del sol, y laLuna y los satélites artificiales en torno a la Tierra. Son fuerzas de atracción entregrandes masas.

� Las fuerzas de origen electromagnético las experimentamos más de lo que parece.Son las responsables de la atracción y la repulsión entre dos imanes, o entre doscuerpos cargados de electricidad; son también las que crean los rayos, y las que unenlos átomos de nuestro cuerpo.

Podríamos hacer otro tipo de clasificación, y es el de la forma de transmitirse:

Fuerzas De acción a distancia

Por contacto

Las fuerzas actúan por contacto cuando golpeamos un balón de voleibol, cuandouna grúa levanta una carga, etc. Actúan a distancia cuando la Tierra y la Luna se atraen,así como cuando lo hacen el bolígrafo frotado sobe el jersey y los trocitos de papel, ocuando dos imanes se repelen al acercarse por los polos iguales.

A la hora de la verdad, todas las fuerzas son de acción a distancia, comopodremos aprender en cursos posteriores tras conocer más sobre la naturaleza atómicade la materia. Por ejemplo, si golpeas un balón de voleibol estás experimentando larepulsión electromagnética entre los átomos de tu mano y los átomos del balón.Ciertamente, tu mano y el balón no llegan a tocarse (sorprendente, ¿no?).



En la primera página de esta lección se mencionaban las interaccionesgravitatoria y electromagnética como las responsables de muchos de los cambios queocurren en el universo. El término interacción (= acción mutua) sugiere que debe haber doscuerpos para que ésta aparezca. Las fuerzas son las manifestaciones de estasinteracciones, y nunca aparecen por separado; así, cuando decimos que la Tierra atrae a laLuna, muchas veces nos olvidamos de que también la Luna atrae a la Tierra, es unaatracción mutua. De igual modo, la Tierra atrae al Sol con la misma fuerza que el Sol atraea la Tierra (lo que ocurre es que, al ser mucho menor la Tierra que el Sol, el movimiento deésta se ve mucho más afectado por esa interacción).

Hay dos fuerzas que nos son muy familiares: el peso y el rozamiento.

8.1 EL PESO

El peso es la fuerza con que los cuerpos y la Tierra se atraen. Es una fuerzade tipo gravitatorio.

Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. Los planetas, las piedras, lasestrellas siempre se atraen, nunca se repelen. La fuerza peso tiene una gran influencia ennuestra vida: permite que podamos desplazarnos sobre la Tierra tal como lo hacemos.

Normalmente, en la vida cotidiana se confunden peso y masa, que son dosconceptos completamente diferentes.Así, cuando nos preguntan por nuestro peso (unafuerza) respondemos, por ejemplo: "65 kilogramos" (que es nuestra masa corporal). Paraque quede más claro:

� Masa es la medida de nuestra inercia, se mide en kilogramos (kg) en el S.I., y NOdepende de la gravedad: sería la misma en cualquier planeta.

� Peso es la fuerza con que la Tierra (o cualquier astro) nos atrae. Al ser una fuerza, semide en las unidades de fuerza del S.I., es decir, en Newton (N) y dependerá del lugardonde se mida.

Un objeto de 1 kg de masa pesa en la superficie terrestre 9,8 N. Podemosredondear y suponer que un kilogramo de masa pesa 10 N, y que el Newton es el peso de100 g de masa en la superficie terrestre.

La atracción gravitatoria entre dos cuerpos es mayor:

� Cuanto más cerca estén uno del otro.� Cuanto mayores sean las masas de los cuerpos que se atraen.



En realidad, todos los objetos que nos rodean se atraen entre sí, lo que pasa esque esta fuerza es pequeñísima y sólo se manifiesta cuando al menos uno de los doscuerpos tiene mucha masa. Eso es lo que ocurre con los cuerpos celestes.

Ejercicio 26: En el Parque de las Ciencias de Granada hay una báscula muy especial: midetu peso aquí en la Tierra y tu masa, así como tu peso en cualquier otro planeta del SistemaSolar. A continuación, te proponemos que apuntes tu masa corporal (en kilogramos) y quecalcules tu peso en la superficie de estos planetas y en la Luna:

0,6 NPlutón*

11,1 NNeptuno

8,9 NUrano

10,4 NSaturno

24,8 NJúpiter

3,7 NMarte

1,6 NLuna

9,8 NTierra

8,9 NVenus

3,7 NMercurio

Tu peso en...Peso de 1 kg en...Tu masa en...Planeta

* Plutón, descubierto en 1930, ha sido "devaluado" a la categoría de "planetoide" o planeta menor en Agosto de 2006.

8.2 EL ROZAMIENTO

El rozamiento es la fuerza que aparece entre las superficies en contacto de loscuerpos en movimiento, y siempre se opone a él

El rozamiento es una fuerza de naturaleza electromagnética. Es el causante deque los cuerpos en movimiento se acaben parando. Esto es lo que ocurre cuando, yendo enbicicleta, dejas de pedalear, o un balón rodando por el suelo horizontal acaba parándose.

Hay veces en que es conveniente disminuir los rozamientos, como cuandoengrasamos una máquina para que funcione mejor, o enceramos los esquíes para quedeslicen más deprisa sobre la nieve. Otras veces, en cambio, es bueno aumentar elrozamiento, como por ejemplo cuando se tienen que "agarrar en las curvas" los neumáticosde los vehículos: si no hay suficiente rozamiento, el vehículo se saldrá de la carretera.

Ejercicio 27: Los paracaidistas descienden con rapidez constante. Explicacómo sucede esto, y de qué fuerzas se valen:___________________________________________________________________________________________________________________________



UNIDAD 5: LA ENERGÍA (I) CALOR Y TEMPERATURA

1. Sistemas materiales. Ejemplos.

La ciencia se ocupa de estudiar el funcionamiento del universo. Para hacer estetrabajo más sencillo, se toman aquellas porciones de la naturaleza que interesen, y serealizan en ellas sus medidas y experiencias. Estas partes del universo se llamanSISTEMAS MATERIALES o, simplemente, SISTEMAS. También, cuando se trata deobjetos concretos, se los llama CUERPOS.

Un sistema puede ser: un vaso con agua, un lago, el mar Mediterráneo, o unamolécula de agua. Puede ser: todo el planeta Tierra, el sistema solar, o una galaxia. Tododepende del estudio que vayamos a realizar.

Sistema es una parte del universo que se estudia aparte.

Ejercicio 1: Pon tres ejemplos de sistemas materiales que puedes encontrar en la cocina detu casa: ______________________________________________________________________________________________________________________________

Los sistemas materiales pueden intercambiar materia y energía con el resto deluniverso, o pueden no hacerlo. Según ésto, los sistemas se clasifican en:

Abierto

Cerrado

Aislado

Sistemas

� Un sistema es ABIERTO cuando puede intercambiar materia y energía con el resto deluniverso. Por ejemplo, una cacerola con agua: se puede echar más agua dentro, se puedederramar o evaporar (intercambio de materia). Además, puede enfriarse al meterla enla nevera, o calentarse si se pone al fuego (intercambio de energía).

� Un sistema es CERRADO cuando puede haber intercambio de energía, pero no demateria, con el resto del universo. Por ejemplo, una botella de agua bien cerrada, que seenfriará al meterla en el frigorífico manteniendo constante la masa de agua de suinterior.

� Un sistema es AISLADO cuando no intercambia ni materia ni energía con losalrededores. Por ejemplo: un termo donde guardamos bebidas calientes quepermanecerán así durante muchas horas. No está perfectamente aislado pues acabaráenfriándose el contenido, pero al menos se intenta.

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 5: La Energía (I) Calor y temperatura


Ejercicio 2: Clasifica estos sistemas materiales según sean abiertos, cerrados o aislados:

La Tierra.

El cuerpo humano.

Un termo con agua fresca.

Una pila recargable.

Un cohete espacial con los motores apagados.

Un cohete espacial con lo motores encendidos.

Una olla a presión (soltando vapor).

Una olla a presión (antes de soltar vapor).

Una sartén donde se fríen patatas.

AisladoCerradoAbiertoSistema

Hay muchas maneras en que un sistema puede recibir energía de fuera o perderla.Veamos algunos ejemplos:

La central hidroeléctrica

aprovecha la energía del

agua en movimiento para

producir electricidad

Los paneles solares

captan la energía del

sol, para calentar agua o

para producir electricidad

La pila recargable

se enchufa al

cargador para que

vuelva a ser útil.

La cacerola con agua

puesta al fuego está

recibiendo energía en

forma de calor.

La comunidad científica ha establecido dos formas de transmitir energía de unsistema a otro:

� En forma térmica, mediante calor.� En forma mecánica, mediante trabajo.

Sistema

Recibecalor

Realizatrabajo

Un ejemplo de sistema que

intercambia calor y trabajo con los

alrededores es la máquina de vapor.

Tiene una caldera que recibe

calor desde el carbón ardiendo y a

la vez desprende energía realizando

un trabajo: mover el tren.

El intercambio de energía mediante trabajo supone realizar fuerzas para mover algo.Es el que utilizan las máquinas; por ejemplo, una grúa que ejerce fuerza sobre un cuerpopara elevarlo. Este tipo de trabajo se estudiará en la lección 6. En esta lección vamos atratar el intercambio de energía mediante calor, que es el que se produce siempre que lossistemas se encuentren a diferentes temperaturas.



2. La energía y sus tipos. Cómo se mide.

2.1 QUÉ ES LA ENERGÍA

Solemos hablar a menudo de la materia y la energía que forman el universo. Ambosconceptos los usamos con tanta frecuencia que nos son familiares, y sin embargo sondifíciles de definir, tanto que todavía no nos ponemos de acuerdo a la hora de hacerlo.

Ya hemos definido materia en la Unidad 1; ahora vamos a definir la energía a partirde sus efectos:

Energía es la capacidad que tienen los sistemas materiales para producir cambios.

En la lección anterior se trataron algunos cambios físicos, y en la lección 3 loscambios químicos. En todos estos cambios hay en juego interacciones que se manifiestancomo fuerzas. Por ejemplo, el objeto que cae al suelo lo hace debido a la interaccióngravitatoria entre la Tierra y el objeto. La energía se puede adjetivar para indicar elefecto que la produce, que la pone de manifiesto.

Mecánica

Interna

Radiante

Energía

Cinética

PotencialGravitatoria

Electromagnética

Térmica

Química

� La energía radiante es la que se transporta en forma de ondas electromagnéticas, comola luz visible, los rayos X que se usan en radiografías o las microondas que emiten tuteléfono móvil. Veremos algo de ésto en la última lección.

� La energía interna es la que tiene un cuerpo ya sea debido a las fuerzas químicas deunión entre átomos (energía química) ya sea debido a la agitación de sus partículas(energía térmica).

� La energía mecánica de un cuerpo se debe bien a su movimiento (energía cinética) bien ala posición que ocupa (energía potencial). A su vez, la energía potencial puede deberse ainteracciones gravitatorias entre masas o a interacciones electromagnéticas entrecargas eléctricas. Ya sabes que las primeras son siempre de atracción, pero las segundaspueden ser también de repulsión entre cargas eléctricas.



Ejercicio 3: Identifica la energía predominante en cada uno de los sistemas siguientes:

Una pila eléctrica

Un pájaro volando

Un horno microondas en

funcionamiento

Un bolígrafo que has frotado contra

la manga de tu jersey

Un cartucho de dinamita

Un ventilador girando

Agua almacenada en una presa con

idea de producir electricidad

QuímicaTérmicaPotencial

electromag.

Potencial

gravitatoriaCinética

E. radiante

Energía internaEnergía mecánica

Sistemas

2.2 UNIDADES DE ENERGÍA

La energía es una magnitud física, y como tal se puede medir. En el SistemaInternacional su unidad es el Joule (aquí solemos decir "Julio") y se simboliza por J. Haymuchas maneras de calcular la energía dependiendo del tipo de energía que se utilice, usando fórmulas específicas, pero en todas ellas debemos introducir los datos necesariosen sus correspondientes unidades del S.I.; así, si para calcular la energía necesitamos introducir la masa de un cuerpo, usaremos el kilogramo (no el gramo ni ninguna otra unidad)y si hay que usar la rapidez emplearemos el m/s (y no el km/h). Si lo hacemoscorrectamente, la energía calculada resultará en Julios.

Hay otras unidades de energía muy empleadas además del Julio. Antiguamente, sepensaba que el calor intercambiado entre dos sistemas era algo que no tenía una relacióndirecta con el trabajo. La unidad que se solía emplear era la caloría, que se simbolizaba porcal. Con el tiempo se demostró que, tanto el calor como el trabajo, no eran sino dos formasde transmitir energía de un sistema a otro, y podían expresarse en las mismas unidades. Deeste modo, el calor también se mide en Julios en el S.I.. Aún así, se sigue empleando muchola caloría como ocurre a la hora de medir la energía de un alimento, o el esfuerzo físicorealizado por una persona. Por ello, conviene conocer la equivalencia entre ambas unidades:

1 cal = 4,18 J 1 J = 0,24 cal

También se suelen emplear mucho sus múltiplos:

1 kcal = 1000 cal 1 kJ = 1000 J



2.3 LA ENERGÍA CINÉTICA

Un cuerpo tiene energía cinética (Ec) cuando se mueve respecto de otro. Estaenergía dependerá de la masa que tenga el cuerpo (m) y de su rapidez (v). Se calcula así:

E = m · v21

2c

Fíjate en que la velocidad está al cuadrado, lo que significa que un cuerpo aumentamucho su energía cinética a medida que su aumenta su rapidez.

Ejercicio 4: En la siguiente tabla, aparecen las masas de diferentes aves, así como lamáxima velocidaad que pueden alcanzar en vuelo. Calcula su energía cinética:

51832Gorrión común

(Passer domesticus)

55,5200100Vencejo Real

(Apus melba)

259012 000Pelícano común - en picado

(Pelecanus onocrotalus)

33,3120320Cerceta Común

(Anas crecca)

1003601.100Halcón Peregrino - en picado

(Falco Peregrinus)

(J)(m/s)(km/h)(g)

Energía cinéticaVelocidadMasaAve

Date cuenta de cómo la energía cinética crece de forma

proporcional al cuadrado de la rapidez. Esto viene a

significar que:

� Si se acelera desde una velocidad de, por ejemplo,

50 km/h (la máxima permitida en ciudad) hasta otra

que sea doble que la anterior (100 km/h) la energía

cinética no vale el doble, sino cuatro veces más.

� Si ahora se acelerase hasta alcanzar los 150 km/h

(algo que hacen muchos conductores, aunque esté

prohibido sobrepasar los 120 km/h en vías rápidas de

nuestro país) la energía cinética sería... ¡nueve veces

mayor que la inicial, con lo que eso supone de

aumento del daño causado en caso de accidente!

40144

30108

2072

1036

(m/s)(km/h)

Ec

(J)

Velocidad Ejercicio 5: Calcula la energía cinética queadquiere un coche de una tonelada demasa (1000 kg) cuando viaja a lasvelocidades que se indican. Representa los resultados en lagráfica de más abajo:



2.4 ENERGÍA POTENCIAL

La energía potencial es la energía que tiene un cuerpo que está sometido a ciertasinteracciones tales como la gravitatoria o la electromagnética, en función de la posición queocupa el cuerpo en el espacio. En el caso de un objeto situado en la superficie terrestre,estará sometido a interacciones gravitatorias, lo que se traduce en que el cuerpo pesa. Laenergía potencial del objeto crecerá a medida que se separa de la Tierra. Vamos a poner unpar de ejemplos para explicar esto:

� Imagina que estástrabajando en unsupermercadoreponiendo artículosen las estanterías.Te supondrá másesfuerzo colocaraquéllos que sedeban situar a másaltura, teniendo quelevantarlos desde elsuelo.

� Una botella de vidriotiene más energíapotencial respecto delsuelo si está colocadaa más altura en unaestantería. Estaenergía se pone demanifiesto al caer: silo hace desde másaltura es más probableque acabe rompiéndoseal tocar el suelo.

Cada kilogramo de masa pesa 9,8 N, como vimos al final de la Unidad 4. Pues bien, laenergía potencial del cuerpo en cuestión (medida respecto al nivel del suelo, por ejemplo)será proporcional a la masa del cuerpo y a la altura con respecto al suelo. Dicho de otraforma:

Ep = m · g · h

� m es la masa del cuerpo, expresada en kilogramos.� g es una constante, la fuerza con la que la Tierra atrae a un kilogramo de masa,

situado en su superficie. Vale g = 9,8 N/kg.� h es la altura, expresada en metros, de un cuerpo medida desde una altura de

referencia. Por ejemplo; el suelo, el nivel del mar, etc..Al hacer las cuentas con las unidades indicadas (las del S.I.) el resultado sale en:

Newton · metro = Julio

4

3

2

Ep=0,2 kg·9,8(N/kg)·0m= 001

Energía potencial (J)Altura (m)BotellaEjercicio 5: Las botellas de vidrio de lafotografía tienen una masa de 200 gramoscada una, y los estantes están separados 40cm entre sí. Calcula la energía potencial decada botella respecto de la base de laestantería:



En cursos posteriores se tratarán las otras formas de energía potencial que existen,la energía potencial elástica, que es la que tiene un muelle comprimido, o un arco tenso paradisparar flechas, y la energía potencial gravitatoria, que es la que se da cuando hay cargaseléctricas interactuando.

Hemos dicho que tanto la energía cinética como la potencial son las dos formas enque se puede presentar la energía mecánica; por lo tanto, la energía mecánica total de unsistema (Em) será la suma de ambas:

Em = Ec + Ep

Ejercicio 6: ¿Qué ave tiene más energía mecánica: el pelícano del ejercicio 4 cuando selanza en picado para pescar un pez y se encuentra a diez metros del agua, o el gorriónvolando en busca de un trozo de pan por el parque de una ciudad que está situada a milmetros sobre el nivel del mar? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Principio de conservación de la energía.

En la Unidad 3 tratamos los cambios químicos; en ellos se comprueba que la materiaconserva su masa antes y después de una reacción química. Es lo que se conoce comoprincipio de conservación de la materia. Esto era debido a que, según la teoría atómica, lamateria está hecha de átomos que no cambian, y permanecen iguales después de lareacción, tan sólo cambian de forma de agruparse.

Con la energía sucede algo similar: se han realizado miles de experimentos en los quese ha medido la cantidad total de energía de un sistema material aislado, y siempre se hacomprobado que la cantidad total de energía permanece constante. Esto es así aunque hayahabido transformación de un tipo a otro de energía.

Podríamos considerar al universo entero como un sistema aislado, y diríamos que:

La cantidad de energía total del universo permanece constante

Vamos a poner algunos ejemplos de transformación de energía:� Cuando un cuerpo cae desde una cierta altura (h) su energía potencial va disminuyendo,

pues la altura lo hace; pero, a medida que va cayendo, también va acelerando gracias a laatracción que ejerce sobre él la Tierra, lo que se traduce en un aumento de su velocidadasí como de su energía cinética.



� En una bombona de butano hay energía química. Cuando el butano sale y se mezcla con eloxígeno puede arder; con el calor liberado se puede calentar la comida. Ha habido unatransformación de energía química en energía térmica.

� Con la energía radiante procedente del sol, las plantas y las algas realizan lafotosíntesis. En la fotosíntesis se obtienen sustancias de alto valor energético (porejemplo, azúcares, grasas...) a partir de otras sustancias de menor energía, como el CO2

y el H2O.

Ejercicio 7: Aplicando el principio de conservación de la energía, indica cuál será la energíapotencial o cinética de una manzana que cae desde el árbol, teniendo en cuenta que, cuandoestá en la rama, tiene una energía potencial respecto del suelo de 20 Julios:

20 JJusto antes de tocar el suelo

Justo en mitad de la caída

15 JEn un punto durante la caída

20 JEn la rama, antes de caer al suelo

Energía cinéticaEnergía potencialPosición

DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

Utilizamos la energía con dos finalidades: nuestra propia alimentación y elfuncionamiento de las múltiples máquinas que trabajan para nosotros. Por desgracia, laenergía utilizada no puede apenas ser utilizada de nuevo. A esto nos referimos con eltérmino energía degradada.

Una energía como la eléctrica, que resulta fácil de transportar y que puede hacerfuncionar a un gran número de máquinas, la consideramos de alta calidad. Sin embargo, laenergía térmica de los sistemas que están a baja temperatura es considerada de menorcalidad porque no se puede utilizar para mover las máquinas. En unos casos, como el carbónardiendo, podemos hacer funcionar una máquina de vapor, y aún así no se aprovecha nisiquiera el 10 % del calor generado en la combustión. En otros casos, ni eso. Por ejemplo, esimposible aprovechar el calor del agua de mar (lo que sería una inmensa fuente de energía)debido a su baja temperatura.

Imagina que colocas unas pilas recién cargadas a un coche teledirigido y juegas con éldentro de una habitación cargada hasta que se agoten las pilas. La energía química de laspilas se ha ido transformando en otros tipos de energía, debido al movimiento, alrozamiento y los golpes. Las ruedas, el suelo, el aire de la habitación, etc., están ahora amayor temperatura que al principio. La cantidad total de energía no ha variado dentro delsistema (la habitación) pero con la energía química podíamos obtener movimiento, y con latérmica no. Decimos que la energía química es de mayor calidad que la energía térmica.



Cuando la energía es poco útil para el ser humano, decimos que está degradada.

Ejercicio 8: ¿Qué clase de energía tiene un bocadillo? ¿Cómo podríamos transformarla entrabajo mecánico? ¿Dirías que la energía del bocadillo es de alta, media o baja calidad?____________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Transferencia de energía térmica: el calor y sus efectos.

4.1 EL CALOR COMO ENERGÍA EN MOVIMIENTO:

Cuando dos sistemas físicos que se encuentran a diferente temperatura se ponen encontacto, se produce una transferencia de energía del sistema de mayor temperatura al demenor temperatura hasta que se igualan las temperaturas.

Llamamos calor a la energía en tránsito entre dos sistemas a distintas temperaturas.

El calor, por tanto, es energía, pero a la energía sólo la llamamos calor mientras setransmite de un cuerpo a otro. Algo similar ocurre con el agua y la lluvia: la lluvia es agua,pero el agua no siempre es lluvia, sólo cuando cae desde una nube. El agua que está en unanube no es lluvia hasta que no empieza a caer, como tampoco es lluvia el agua que queda enun charco. No debemos decir cosas como: "este cuerpo tiene mucho calor" como tampocodebemos decir "esta nube tiene mucha lluvia".

Nube

charco

lluvia

Sistema A

Sistema B

Calor

Imagina que quieres enfriarrápidamente una patata que acabas decocer para poder pelarla; para ello, laechas en un vaso de agua fría. Lapatata se irá enfriando a la vez que elagua se irá calentando:



La patata le da energía al agua cediéndole calor, hasta que ambos, la patata y el agua,estén a la misma temperatura. Entonces decimos que ambos, la patata y el agua, han llegadoal equilibrio térmico.

Dos sistemas están en equilibrio térmico cuando igualan sus temperaturas.

En el siglo XVIII se creía que el calor era una especie de líquido al que llamabancalórico, un fluido que pasaba de los cuerpos calientes a los fríos. Hoy sabemos que el calores energía debida al movimiento de las partículas. Las partículas que forman los cuerposcalientes vibran (en el caso de cuerpos sólidos y líquidos) o se desplazan (en los gases)rápidamente. Cuando los cuerpos están fríos sus partículas se mueven menos.

En el ejemplo anterior de la patata, al principio sus partículas se muevenrápidamente, pero irán transmitiendo parte de su energía cinética a las moléculas del agua,que acabarán moviéndose más deprisa. Como la energía total se conserva, la energía quepierde la patata la gana el agua. Al final, las partículas de la patata se mueven con igualenergía que las del agua: ambos cuerpos tienen la misma temperatura.

Ejercicio 9: En los siguientes dibujos se representan varios casos en los que se mezclan dosvasos de agua que inicialmente estaban a diferentes temperaturas. Indica qué situacionesson irreales y explica por qué:

A B

C D

80º + 20º 50º 80º + 20º 70º

80º + 20º 50º 40º + 40º 80º

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ahora vamos a estudiar los cambios que experimenta un cuerpo cuando recibeenergía (o la pierde) de otro cuerpo en forma de calor. Por lo pronto, ya sabemos que seproduce una variación de su temperatura, pero también se puede dar un cambio de estado ouna variación de su volumen.

4.2 EFECTOS DEL CALOR: DILATACIÓN

Ejercicio 9: Anillo de S´Gravesande: en el laboratorio, tu profesor/a te va a mostrar unaanilla y una esfera metálicas. Escribe los cambios que se han producido cuando la bola o



la anilla son calentadas: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La materia, como se pone de manifiesto en el experimento anterior, aumenta suvolumen al aumentar la temperatura. Este fenómeno se llama dilatación.

Las sustancias que más se dilatan sonlas que están en estado gaseoso, yprácticamente todas lo hacen de la mismaforma: un litro de gas (aire, CO2, butano...)inicialmente a temperatura ambiente, sedilatará hasta ocupar el doble de su volumensi se calienta hasta los 300 ºC:

Los líquidos y los sólidos también se dilatan, pero en mucho menor medida que losgases. Cuando un sólido o un líquido se dilata, su aumento de volumen es proporcional alaumento de la temperatura. Descubrimos entonces que, a diferencia de los gases, cadasustancia pura (sólida o líquida) lo hace de una forma diferente. La dilatación es otra de laspropiedades características de la materia (lo estudiamos en la Unidad 1) y sirve paradiferenciar una sustancia de otra.

En los cuerpos alargados tales como una viga de un puente, un raíl de la vía del tren ouna varilla, nos fijamos especialmente en el aumento de su longitud. La dilatación de unmaterial se mide por medio de un número: coeficiente de dilatación lineal, cuyo valor esúnico para cada sustancia. Vamos a verlo de forma gráfica:

Ejercicio 10: En la gráfica adjunta, serepresentan las longitudes en metros, adiferentes temperaturas, de tres varillashechas de tres metales puros diferentes. Lastres tienen exactamente un metro de longitudcuando su temperatura vale 0ºC:

a) De los tres metales, ¿cuál es el que se dilata más? ____________________¿Cuál sedilata menos? _________________

b) Cuántos milímetros aumenta la varilla de cobre al calentarse desde 0ºC hasta 200ºC________________ ¿Y la de plata desde 0ºC hasta 200 ºC? ___________________



La dilatación de los líquidos se utiliza para construir termómetros; unlíquido encerrado en un pequeño depósito se dilata y sube por un tubo muy fino: apoco que aumente el volumen de líquido, se aprecia una subida del nivel de líquido.

4.3 EFECTOS DEL CALOR: CAMBIOS DE ESTADO

El calor que recibe (o pierde) una sustancia es responsable de que cambie de estado.Si calentamos un sólido observamos primero un aumento de temperatura hasta quecomienza la fusión. A partir de este momento, tendremos una mezcla de sólido y líquido,que continuará absorbiendo calor pero sin que aumente la temperatura.

Cuando toda la sustancia se encuentre en estado líquido, de nuevo comenzará aaumentar la temperatura, hasta alcanzar el punto de ebullición, en el que coexisten ellíquidos y el gas. Igual que ocurría en la fusión, la temperatura del líquido permaneceráconstante mientras está hirviendo.

Si enfriamos una sustancia gaseosa, se empezará a formar líquido cuando se alcancela temperatura de ebullición y no bajará la temperatura hasta que todo el gas se hayalicuado. Igualmente, el líquido formado irá perdiendo calor e irá bajando su temperaturahasta llegar al punto de fusión, donde la temperatura será constante.

4.4 LA ENERGÍA TÉRMICA Y LA TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR

Para entender mejor los cambios de estado y la dilatación, recurrimos a la teoríacinética molecular que ya hemos estudiado:

� Todas las partículas que forman la materia se mueven a velocidades altísimas, ya seadesplazándose en línea recta y colisionando (gases) ya sea vibrando en torno a unaposición (sólidos) o una mezcla de ambos movimientos (líquidos). Las moléculas O2 y N2

que forman el aire se desplazan en línea recta a unos 1600 km/h de media, y cada una deellas choca con las que las rodean unos 8000 millones de veces cada segundo. En lossólidos, las fuerzas de cohesión mantienen unidas a las partículas entre sí, pero ello noimpide que vibren en torno a la posición que ocupan. Las partículas de los cuerpos que seencuentran a mayor temperatura son las que vibran más ampliamente. Cada partículatiene siempre el mismo tamaño, no es que "engorden" al subir la temperatura, lo queocurre es que al vibrar ocupan un espacio mayor que si estuviesen en reposo. A mayortemperatura, mayor amplitud del movimiento, lo que hace que se separen ligeramente laspartículas.

� Los sólidos se funden cuando la agitación es lo suficientemente fuerte como pararomper la unión entre partículas, al menos lo justo para que se desordene la estructuracristalina y puedan cambiar de forma las sustancias, sin llegar a separarse totalmente,que es lo que sucede en la vaporización.



5. Formas de propagación del calor. Conductores y aislantes.

La experiencia enseña que el calor puede transmitirse en el interior de los cuerpos, yde unos cuerpos a otros, de tres maneras diferentes: conducción, convección y radiación.

5.1 CONDUCCIÓN

Es la forma más habitual de propagación del calor en los cuerpos sólidos. Al calentarel extremo de una barra metálica, por ejemplo, las partículas de esa zona vibran con mayoramplitud y esta vibración se transmite a las partículas próximas, y de estas a las siguientes,hasta alcanzar a todo el sólido. Así se produce en el interior del cuerpo un transporte y unaredistribución de la energía, sin que haya habido transporte de materia, ya que laspartículas en los sólidos vibran sin cambiar de posición.

En los metales, el calor se transmite, por este procedimiento, de formaespecialmente rápida, porque tienen sus partículas muy juntas y la vibración se propagafácilmente. Por esta razón, debemos actuar con precaución cuando nos disponemos acalentar metales.

Hay una magnitud física que es otra de las propiedades características de la materia,y que mide el comportamiento de los distintos materiales a la hora de transmitir el calorpor conducción:

La conductividad térmica es la capacidad para transmitir calor que tiene una sustancia.

Decimos que los metales son conductores térmicos pues tienen una conductividadalta, y llamamos aislantes térmicos a los materiales que presentan una baja conductividadtérmica. Entre estos últimos podemos citar la madera, el corcho y los plásticos (como elpoliuretano, y el poliestireno expandido o "corcho blanco"). Las rocas y el agua tienen unaconductividad intermedia.

La sartén de la derecha está formada por unaparte metálica que conduce muy bien el calor desde elfuego hasta los alimentos, y un mango de materialplástico, aislante térmico, por el que la podemossujetar sin quemarnos:

Nuestro sentido del tacto detecta fácilmente a los buenos conductores. Por ejemplo,cuando tocamos las patas de hierro de la silla, sentimos que están frías, aunque sabemosque se encuentran a la misma temperatura que el tablero de madera, que, al ser aislante,nos resulta cálido y confortable al sentarnos...



5.2 CONVECCIÓN

En los fluidos -gases y líquidos- el calor se propaga, sobre todo, por convección. Esteproceso consiste en la distribución del calor mediante corrientes de fluido de diferentestemperaturas y densidades.

Ya hemos estudiado que los cuerpos se dilatan al calentarse, y de este mododisminuye la densidad porque la masa sigue siendo la misma pero el volumen aumenta. Elfluido caliente flota sobre el frío por su menor densidad, produciéndose entoncescorrientes ascendentes de fluido caliente (menos denso) y descendentes de fluido frío.

Esta es la forma en que se calienta el aire en las habitaciones debido a la calefaccióny, también, el aire atmosférico en contacto con el suelo calentado por el sol:

Los cúmulos son nubes de convección

formadas por la humedad condensada

del aire caliente que sube del suelo.

Las aves aprovechan estas corrientes

para ganar altura sin necesidad de batir

las alas, y así ahorran energía.

El agua de cocer

guisantes en la olla

tiene corrientes

convectivas, y se ve

cómo se mueve y

mueve a los guisantes.

Las "lámparas de

lava" tienen grandes

gotas de cera líquida

coloreada que se

calienta y sube con el

calor de la bombilla.

El radiador

calienta el aire

circundante, que

sube arriba

calentando toda

la habitación.

Así se forman también la mayor parte de los vientos, que no son más que corrientes

de aire caliente o frío que se desplazan por razón de sus diferentes densidades. De estamanera se distribuye el calor del Sol en la atmósfera y en el mar. Estos grandesmovimientos marítimos y atmosféricos son los que determinan el clima.

Ejercicio 11: ¿Por qué sientes más cálido un suelo cubierto con moqueta que otro cubiertocon losetas cerámicas? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ejercicio 12: ¿Por qué los radiadores se instalan abajo y los aparatos de aire acondicionadoen alto? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Ejercicio 13: ¿Cómo se calienta el aire que está justo por encima del suelo al sol, porconducción o por convección? _____________________________________________



5.3 RADIACIÓN

Los dos mecanismos de propagación estudiados hasta ahora, conducción y convección,necesitan un medio material para distribuir el calor. Pero, ¿cómo llegan hasta nosotros lascolosales cantidades de calor procedentes del Sol, si entre él y nosotros hay 150 millonesde kilómetros de espacio vacío?

Existe otra forma de propagación del calor que no necesita ningún medio material: esla radiación. Todos los cuerpos, tanto más cuanto mayor sea su temperatura, emiten caloren forma de radiación infrarroja (IR). Esta radiación es de la misma naturaleza que la luz(solo que no la capta el ojo, sino la piel) y se propaga, igual que ella, a través del vacío. Elcalor que recibimos del sol se transmite por radiación. Seguramente habrás notado en lapiel alguna vez el calor que emite un cuerpo caliente antes de tocarlo, lo que te habráevitado una quemadura...

Las gafas de visión nocturna y

las cámaras termográficas

captan la radiación IR y la

convierten en luz visible. Los

objetos calientes emiten más

IR que los cuerpos fríos.

Ejercicio 14: ¿Cómo crees que se propaga el calor desde el filamento de una bombilla deincandescencia encendida? Ten en cuenta que en su interior sólo hay una pequeña cantidadde gas inerte. ? _________________________________________________________________________________________________________________________

6. La temperatura. Escalas termométricas.

En el lenguaje coloquial solemos utilizar los términos calor y temperaatura con elmismo sentido. Solemos decir: "hace mucho calor" en lugar de "la temperatura es muy alta".Sin embargo, en física, son dos conceptos completamente diferentes, aunque relacionados.

6.1 QUÉ ES LA TEMPERATURA

La temperatura es una propiedad general de la materia que capta nuestro sentido deltacto y que podemos medir con el termómetro. Nos informa sobre el estado de agitación delas partículas, y podemos relacionar la temperatura de un sistema con la energía cinética(Ec) media de las mismas.

La temperatura de un sistema es lo que se mide con los termómetros, y esproporcional a la energía cinética media de sus partículas.



Una partícula que vibra violentamente tiene un contenido energético mayor que si lohace débilmente. En un sistema material formado por muchas partículas se cumple quecuanto mayor sea la temperatura del sistema, mayor será su energía interna. No escorrecto decir que un cuerpo "tiene calor", lo correcto es decir que los cuerpos tienenenergía y tienen temperatura. Los que tienen mayor temperatura ceden calor a los quetienen menor temperatura, independientemente de la energía y del tamaño que tenga cadauno de ellos.

Ejercicio 15: ¿Qué tiene mayor energía interna: un alfiler al rojo vivo, o una bañera deagua? ______________________________________________________________Al dejar caer el alfiler al rojo en la bañera con agua, qué cuerpo cederá calor al otro? ___ ________ ¿Por qué? ___________________________________________________¿Cederá mucho calor o poco calor? _______________ ¿Por qué? __________________ ___________________________________________________________________¿Variará mucho o poco la temperatura del agua? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6.2 ESCALAS TERMOMÉTRICAS Y PUNTOS FIJOS. EL CERO ABSOLUTO

La temperatura es una magnitud física, puesto que puede medirse con el termómetro.A lo largo del tiempo se han definido diversas escalas para realizar estas medidas. Hoy, enla vida cotidiana, usamos habitualmente dos: la escala centígrada (o de Celsius) y la escalaFahrenheit, que se usa en los países anglosajones. En cambio, en el ámbito científico,solemos usar la escala Kelvin o absoluta, que es la propia del Sistema Internacional deUnidades.

� La escala centígrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusión yebullición del agua, y les asigna arbitrariamente los valores 0ºC y 100ºC. Después sedivide el espacio entre ambas marcas en 100 partes iguales; cada una de ellas es ungrado centígrado. A continuación se alarga la escala por encima de 100ºC en partesiguales a las comprendidas entre 0 y 100 (para medir temperaturas más altas) y se hacelo mismo para las temperaturas menores de 0ºC.

� La escala Fahrenheit es tal que la temperatura de fusión del agua vale 32 gradosFahrenheit (32ºF) mientras que la de ebullición vale 212ºF. Restando, resulta que entreambos puntos existen 212 - 32 = 180ºF. Esto quiere decir que: si un sistema aumenta sutemperatura en un grado centígrado, su temperatura, expresada en Fahrenheit,aumentará 1,8 grados.

� La escala Kelvin o absoluta está dividida en grados que son equivalentes a los gradoscentígrados: un aumento de un grado Kelvin supone un aumento de un grado centígradoy 1,8 grados Fahrenheit. Sin embargo, se evita el usar grados positivos y negativos, puessu cero (0 K) se sitúa en el punto de temperatura mínima posible, allí donde los átomos ylas moléculas estarían en reposo. Esto ocurre a -273ºC, el cero absoluto.



6.3 CAMBIOS DE UNIDADES DE TEMPERATURA

Por ejemplo, si un escocés te dice queen su ciudad la temperatura hoy es de50 ºF, para pasarlo a gradoscentígrados:t = (50 - 32):1,8 = 18 : 1,8 = 10 ºC

� Para pasar temperaturas Fahrenheit acentígradas, se resta 32 y el resultadose divide por 1,8:

t (ºC) = (t (ºF) - 32) : 1,8

Por ejemplo, la temperatura deebullición del alcohol es 78 ºC.Expresada en grados Fahrenheit,tenemos:t = 1,8·78 + 32 = 140,4 + 32 = 172,4 ºF

� Para convertir temperaturascentígradas a Fahrenheit, la operaciónes la siguiente:

t (ºF) = 1,8 · t (ºC) + 32

Por ejemplo, el gas más difícil de licuares el helio; su temperatura de ebulliciónes 4 K. Expresada en gradoscentígrados:t = 4 - 273 = -269 ºC

� Para hacer el cambio inverso, es decir,expresar en grados centígrados unatemperatura absoluta, se restan 273:

t (ºC) = T (K) - 273

Por ejemplo: un día de primavera sealcanza en Málaga una temperatura de27 ºC. Expresado en Kelvin:

T = 27 + 273 = 300 K

� Para pasar una temperatura en gradoscentígrados a la escala Kelvin, basta consumar 273 a la temperatura en gradoscentígrados:

T (K) = t (ºC) + 273

Ejercicio 16: Realiza los siguientes cambiosde unidades:

a) 64 ºF = ___________________ ºC

b) 280 K = ___________________ ºC

c) 250 ºC =___________________ ºF

d) 250 ºC = __________________ K

e) -73 ºC = __________________ K

f) -13 ºC = __________________ ºF



UNIDAD 6: LA ENERGÍA (I) EL TRABAJO

1. El trabajo

Hemos estudiado en la lección anterior cómo actúa el calor, como forma detransferir energía de un sistema material a otro. La otra forma de transferir energía es eltrabajo, y está asociado a los movimientos y las fuerzas.

Trabajo realizado por una fuerza sobre un cuerpo es la energía necesaria para desplazar este cuerpo.

En principio, el trabajo será mayor cuanto mayor sea la fuerzaaplicada, y cuanto mayor sea la distancia recorrida. Por ejemplo, unagrúa que levanta un peso realizará más trabajo (y, por tanto, emplearámás energía) si:� El peso a levantar es mayor.� La altura a la que se sube el objeto es mayor.

Una fuerza aplicada sobre un cuerpo no siempre realiza trabajo, porque éstedepende también de la dirección en la que se ejerce la fuerza respecto a la dirección delmovimiento. Para que haya trabajo, es necesario que la dirección de la fuerza y la direccióndel movimiento no sean perpendiculares, pues en este caso el trabajo realizado es nulo. Entodas las demás situaciones, hay trabajo. Veamos algunos ejemplos:

� En cambio, en una bola de billar rodando sobre la mesa, lafuerza peso es vertical, mientras que el movimiento eshorizontal; ambas direcciones son perpendiculares entresí, y la fuerza peso NO REALIZA TRABAJO sobre labola, luego la bola no gana ni pierde energía debido a lagravedad. Como resultado, la bola debería seguirmoviéndose siempre a la misma velocidad, y eso es lo queocurriría si no fuera por las fuerzas de rozamiento, quevan frenando la bola.

� En el caso de la grúa que hemos visto, el trabajorealizado por el motor es el máximo que se puederealizar, y es lo que ocurre cuando la fuerza y eldesplazamiento van justamente en la misma dirección ysentido. El cuerpo gana energía (potencial) cuando subegracias a la grúa.

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 6: La Energía (II) El Trabajo


� ¿Qué pasa si la fuerza forma un ángulo de entre 90º y180º respecto de la dirección del movimiento? En esecaso, el trabajo realizado por la fuerza tiende a disminuirla energía cinética del cuerpo, es un trabajo de signonegativo. Este trabajo negativo es máximo cuando elángulo es de 180º, lo que ocurre por ejemplo con lasfuerzas de rozamiento, que disminuyen la energíacinética de un cuerpo.

Fuerza

Desplaza-miento

� Si la bola rueda un metro por un plano inclinado, eltrabajo realizado por la gravedad es menor del querealizaría si cayera un metro de altura en vertical,porque las direcciones no son las mismas; pero tampocosería un trabajo nulo, porque las direcciones no sonperpendiculares entre sí. La bola aumentaría su energíacinética, aunque no tanto como en un metro de caídalibre.

Fuerza Desplaza-miento

� Si la bola se deja caer libremente, el peso actúa sobre labola acelerándolo y aumentando su velocidad y su energíacinética. El peso ahora ha realizado un trabajo máximo,pues ha actuado en la misma dirección y sentido delmovimiento..

En este curso no vamos a profundizar en el cálculo del trabajo, cosa que se haceen cuarto curso. Nos vamos a conformar con saber cómo calcular el trabajo (W, del inglés“WORK”) realizado por una fuerza constante (F) sobre un cuerpo que se desplaza ciertadistancia (d) en la misma dirección que la fuerza:

w = F · d

Cuando la fuerza se mide en Newton y la distancia en metros, el trabajo resultaen Julios, la unidad de energía del S.I.. Le pondremos un signo negativo si la fuerza va ensentido contrario al movimiento, es decir, si se opone a él.

Ejercicio 1: Cita tres situaciones en las que una fuerza realiza un trabajo...... máximo, y positivo:_______________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

...máximo, y negativo:_______________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

...nulo:____________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________



Ejercicio 2: Una grúa del puerto levanta un contenedor de 20 toneladas hasta una altura de15 metros. Calcula el peso del contenedor (en Newton) y el trabajo realizado por la grúa.__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Ejercicio 3: Los frenos de una bicicleta ejercen sobre las ruedas una fuerza de 100 N,deteniéndola en 5 metros. Calcula el trabajo realizado por los frenos.__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Ejercicio 4: El ciclista del ejercicio anterior tiene una masa corporal de 65 kg. ¿Quétrabajo realiza la fuerza peso sobre él, si se desplaza 50 metros por una carreterahorizontal? ¿Por qué?_____________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Relacionada con la magnitud trabajo y con el tiempo, se define la magnitudpotencia:

Potencia es el cociente entre el trabajo realizado por una fuerza o unamáquina y el tiempo empleado en realizarlo

P = w/t

La potencia se mide en el S.I. en Watt (en honor a James Watt, quien mejoró lamáquina de vapor; aquí la llamamos watio o vatio) cuyo símbolo es W, y que equivale a unJulio dividido por segundo (J/s). También se utiliza mucho el kilovatio (kW) y el caballo devapor (CV), que es la potencia que es capaz de desarrollar un caballo.

1 kW = 1000 W 1 CV = 736 W = 0,736 kW

Ejercicio 5: Calcula la potencia desarrollada por la grúa del ejercicio 2 si tarda diezsegundos en realizar el trabajo descrito. ____________________________________________

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Ejercicio 6: Busca un electrodoméstico en tu casa que tenga un motor (tal como unabatidora o un taladro) y anota su potencia. Exprésala en vatios, kilovatios y caballos devapor. ___________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________



2. Las máquinas. Máquinas térmicas.

Estamos rodeados de máquinas, la vida moderna no se concibe sin ellas. Pero,¿qué son las máquinas?

Una máquina es un aparato ingenioso que sirve para modificar las fuerzas y/o la energía

Solemos decir que las máquinas nos ayudan en nuestro trabajo e, incluso, quetrabajan por nosotros. De ahí su importancia y lo mucho que las valoramos. Todas tienendos características esenciales:� Necesitan energía para funcionar.� Realizan funciones que nos son útiles.

Hay muchas clases de máquinas; desde las más simples, como la palanca o la polea,a las más complejas, como los ordenadores, capaces de tomar ciertas decisiones. Podemosclasificarlas por la función que desarrollan y por el tipo de energía que emplean en:

� Máquinas simples y herramienta: las máquinas simples son máquinas que modifican lasfuerzas, como la palanca, la polea, el torno y el plano inclinado, mientras que lasmáquinas herramienta son más complejas y hacen funcionar una herramienta de trabajocomo lo haríamos nosotros. Ejemplos de estas últimas son el taladro y el torno.

� Máquinas térmicas: son aquellas que funcionan obteniendo energía en forma de calor, ytransformándola en trabajo. Las hay muy variadas, desde las máquinas de vapor y lasfrigoríficas, pasando por los motores de explosión.

� Máquinas eléctricas: pueden transformar la energía eléctrica en trabajo (como ocurrecon los motores eléctricos) o al revés, como un alternador de una central eléctrica.

2.1 MÁQUINAS SIMPLES

Cuando la máquina es sencilla y sirve para modificar el valor y/o el recorrido deuna fuerza nos encontramos ante una máquina simple. En ellas no se rea ni destruyetrabajo, sino que se transforma. Muchas de estas máquinas son conocidas desde laprehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando hasta nuestros días. Algunas inventosque cumplen las condiciones anteriores son: cuchillo, pinzas, rampa, cuña, polea simple,rodillo, rueda, manivela, torno, hacha, pata de cabra, balancín, tijeras, alicates, llave fija...

Las máquinas simples se pueden clasificar en tres grandes grupos que secorresponden con el principal operador del que derivan: palanca, plano inclinado y rueda.Así, por ejemplo, una rueda, una polea simple o una polea móvil, se basan en la rueda; unapalanqueta ("pata de cabra") o un alicate, se basan en la palanca; una rampa, un tornillo ouna broca de taladro son del mismo grupo que el plano inclinado.



2.1.1. Palanca

La palanca es un operador compuesto de unabarra rígida que oscila sobre un punto de apoyo o fulcro(representado en los dibujos por ∆∆∆∆). En un punto de labarra se aplica una fuerza que se denomina potencia(representada en el dibujo como una flecha verde) y enotro punto resulta una fuerza denominada resistencia(flecha roja). Según los puntos en los que se aplique lapotencia y las posiciones relativas de eje y barra, sepueden conseguir tres tipos diferentes de palancas a losque se denomina: de primero, segundo y de tercergénero (o grado).

�� En la palanca de primer género, el punto de apoyo se sitúa entre el punto donde se aplicala potencia y el punto donde se ejerce la resistencia.

� En la de segundo género, el punto de apoyo se sitúa en un extremo de la barra y lapotencia en el otro, con la resistencia entre ambos extremos.

� En la de tercer género, el punto de apoyo se sitúa en un extremo de la barra y laresistencia en el otro, con la potencia entre ambos extremos.

De este operador derivan multitud de máquinas muy empleadas por el serhumano: cascanueces, alicates, tijeras, pata de cabra, carretilla, remo, pinzas...

Ejercicio 7: Identifica cada herramienta de las que aparece en las imágenes con el tipo depalanca correspondiente:

Una romana:Una caña de pescar:Un remo:Un cascanueces:

Unas pinzas:Una pata de cabra:Una carretilla:Un alicate:



El esqueleto humano está formadopor un conjunto de palancas cuyo punto deapoyo se encuentra en las articulaciones y lapotencia en el punto de unión de lostendones con los huesos; es por tanto unoperador presente en la naturaleza. En laimagen, se observa cómo el antebrazo esuna palanca de tercer género, donde el codoactúa como punto de apoyo, y la insercióndel bíceps braquial en el radio ejerce lapotencia.

Con la palanca se persiguen dos efectos: o bien modificar la intensidad de unafuerza (por ejemplo, aumentar mucho una fuerza para conseguir desplazar un objeto muypesado) o bien modificar la amplitud y el sentido de una fuerza (por ejemplo, al agarrar unobjeto con una pinza). La relación entre la potencia y la resistencia viene dada por lasiguiente relación:

P·BP = R·BR

Donde:

�� P = Potencia: fuerza que tenemos que aplicar.

�� R = Resistencia: fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca comoconsecuencia de haber aplicado nosotros la potencia.

�� BP = Brazo de Potencia: distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y elpunto de apoyo.

�� BR = Brazo de Resistencia: distancia entre el punto en el que se ejerce la resistencia yel punto de apoyo.

Los inventos basados en la palanca se fueron desarrollando a lo largo de los siglosy tuvieron aplicaciones en campos muy diversos: aumentar una fuerza (por ejemplo, la patade cabra) hacer una medición (la balanza, la romana) y transporte (la carretilla).

Ejercicio 8: Calcula la fuerza que debes ejercer sobre una palanca de primer género paralevantar un objeto de 100 kg de masa, si el brazo de potencia mide 1 metro y el deresistencia mide 10 cm: ________________________________________________

__________________________________________________________________

Ejercicio 9: Calcula la resistencia en una pinza si se realiza una potencia de 5 N con unbrazo de potencia de 5 cm, si el brazo de resistencia mide el doble:_______________

_________________________________________________________________



Como habrás visto al resolver el ejercicio 8, las palancas nos permiten aumentarmucho una fuerza. Se cuenta que Arquímedes dijo sobre la palanca: «dadme un punto deapoyo y moveré el mundo». Sin embargo, esto se hace a costa de tener que realizar un grandesplazamiento de la potencia sin que el deslazamiento la resistencia lo sea. Por ejemplo, siel objeto de 100 kg se levanta 1 cm, la potencia tiene que realizar un desplazamiento de 10cm, diez veces mayor.

2.1.2 La rueda y la polea.

La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de unpunto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda tiene que ir acompañada de un ejecilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un punto de apoyo (que mantiene al eje ensu posición). Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos deárbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en lasmáquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial.

De la rueda se derivan multitud de máquinas de las que cabe destacar: poleasimple, rodillo, tren de rodadura, noria, polea móvil, polipasto, rodamiento, engranajes,sistema correa-polea...

La combinación de muchas poleas se llamapolipasto. Con ellos podemos reducir mucho másla potencia. Por ejemplo, con el polipasto de laimagen sólo es necesario ejercer una fuerza de25 N para levantar un cuerpo de 100 N de peso.Con cuatro poleas, dos fijas y dos móviles, seconsigue levantar un peso cuatro veces mayor.

La polea móvil en cambio permite realizarla mitad de fuerza de la que se ejerce comoresistencia. Así, para levantar un objeto de 100N de peso, sólo hay que tirar con una fuerza de50 N. Por supuesto esto no es gratis, y siqueremos levantar el objeto un metro, debemoscobrar dos metros de cuerda. De todos modos,es mucho mejor cobrar muchos metros decuerda que tener que ejercer una fuerza mayor.

La polea simple sirve para cambiar ladirección de una fuerza, sin aumentarla odisminuirla. Por ejemplo, para sacar agua de unpozo resulta mucho más cómodo agarrar lacuerda y apoyar parte del peso del propiocuerpo, que levantar directamente el cubo llenode agua.



2.1.3. El plano inclinado.

El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo muy agudo(mucho menor de 90º). En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano loha adaptado a sus necesidades haciéndolo móvil, como en el caso del hacha o del cuchillo.

El plano inclinado es el punto de partida de un nutrido grupo de operadores ymecanismos cuya utilidad tecnológica es indiscutible. Sus principales aplicaciones son tres:

� Se emplea en forma de rampa para reducir el esfuerzo necesario para elevar una masa(carreteras, subir ganado a camiones, acceso a garajes subterráneos, escaleras...).

� En forma de hélice para convertir un movimiento giratorio en lineal (tornillo deArquímedes, tornillo, sinfín, hélice de barco, tobera...)

� En forma de cuña para apretar (sujetar puertas para que no se cierren, ensamblarpiezas de madera...), cortar (cuchillo, tijera, sierra, serrucho...) y separar o abrir(hacha, arado, formón, abrelatas...).

2.2 MÁQUINAS TÉRMICAS

Son máquinas que, mediante el suministro de energía térmica, pueden realizar untrabajo, o al revés. En el primer caso, esta energía proviene del carbón, del petróleo o denuevos combustibles. Con el calor que se obtiene al quemarlos se produce vapor de agua aalta presión que mueve un mecanismo (trbina o cilindro) para generar un movimiento.

En los primeros tiempos de la Revolución Industrial, la energía más usada era laproveniente de la combustión del carbón mineral, la hulla, del que la Tierra tiene grandesreservas. La caldera de vapor que tenían las antiguas locomotoras del tren, los barcos asícomo muchas industrias, se alimentaban con carbón y generaba el trabajo necesario paraarrastrar todos los vagones cargados de pasajeros y mercancías, o el trabajo de los telaresen las fábricas de tejidos, etc. En aquellos tiempos nadie llegó a pensar que los espesos ymalolientes humos que se desprendían podrían a llegar a ser un problema mundial.

Pronto se perfeccionó la tecnología para extraer el petróleo, y llegó a ser másbarato que el carbón. Las máquinas que lo necesitaban como combustible, los motores decombustión interna, comenzaron a extenderse, y es el combustible de casi todos lostransportes, por tierra, mar y aire. Tenía la ventaja además de que contaminaba menos queel carbón, y hoy ya sólo se usa este último para la producción de electricidad en grandescentrales térmicas de producción de electricidad, pues el carbón vuelve a ser más baratoque el petróleo. En la actualidad, se están ensayando nuevos combustibles como el biodiésel(obtenido a partir de grasas y aceites vegetales) y el bioalcohol (procedente de fermentarazúcares y almidones).

Hay dos clases de máquinas térmicas que transforman energía térmica enmecánica: las máquinas de vapor, y los motores de combustión interna. Además podemoscitar las máquinas frigoríficas, que transforman energía mecánica en energía térmica.



2.2.1 Las máquinas de vapor.

Las antiguas máquinas de tren que hemos descrito son máquinas de vapor. Enellas, el hogar donde se quema el combustible está fuera de la máquina. Con ese calor secalienta el agua de una caldera con agua y se genera una gran cantidad de vapor de agua aalta presión. Este vapor se introduce en un cilindro y mueve un pistón o émbolo conectado auna biela. La biela es la encargada de comunicar el movimiento a las ruedas de lalocomotora.

Las máquinas de vapor que se utilizan actualmente son las turbinas de vapor quemueven unos álabes de una turbina en las centrales térmicas que producen energíaeléctrica. Más el 70 % de la electricidad que se genera actualmente en centrales eléctricas(centrales térmicas, nucleares, geotérmicas y termosolares) se genera por medio deturbinas de vapor.

Turbina de vapor de una central eléctrica. Está

formada por numerosos álabes movidos por vapor.

Una locomotra de vapor donde se muestran la

caldera y el cilindro que mueve la biela.

2.2.2 Los motores de combustión interna.

Los coches, motos y camiones tienen motores de explosión; son máquinas decombustión interna. En ellas, el combustible arde en el interior y son los mismos gases quese producen en la combustión los que presionan el émbolo, y así se transforma la energíatérmica en trabajo.

En los motores de cuatro tiempos, el fucionamiento sigue este ciclo:

�� Primer tiempo: admisión. El émbolo baja llenándose de una mezcla de aire y combustiblepulverizado que entra por una válvula de admisión.

�� Segundo tiempo: compresión. La válvula se cierra y el émbolo sube, comprimiendo lamezcla explosiva.

�� Tercer tiempo: explosión. Salta una chispa en la bujía para encender la mezcla, o bienésta explota al alcanzar cierta presión, como ocurre en los motores Diesel, que notienen bujías. Los gases producidos desplazan el émbolo nuevamente hacia abajo,realizando el trabajo de mover el cigüeñal.

�� Cuarto tiempo: escape. Se abre la válvula de escape a la vez que sube el émbolovaciando el cilindro de los gases producidos en la combustión, que son CO2 y H2Oprincipalmente.



Los motores de dos tiempos, como los que tienen muchos ciclomotores y motos decross, son más simples y potentes. En ellos la expulsión, la admisión y la compresión serealizan a la vez mientras sube el émbolo, y en el segundo tiempo se produce la explosión. Elinconveniente es que aprovechan peor la energía de la gasolina, gastan más y son máscontaminantes, por lo que están en desuso.

Motor de dos tiempos: el pistón sube y baja

una vez en cada ciclo

Motor de cuatro tiempos: el pistón sube y baja

dos veces en cada ciclo

Otro grupo de motores de combustión interna son los turborreactores yturbohélices de los aviones y helicópteros. En ambos tipos se quema un combustiblederivado del petróleo (queroseno) pulverizado y mezclado con aire a alta presión, y alexpandirse salen hacia atrás a gran velocidad, impulsando a la nave hacia delante(turborreactores) o bien mueven una hélice (turbohélices). Son motores de gran potencia yde poco peso, lo que es muy importante en aviación.

Turbohélice: es un reactor acoplado a una hélice.

Presente también en la mayoría d helicópteros.

Turboventilador moderno: es un turborreactor

mejorado, de menor consumo y ruido.

2.2.3 Máquinas frigoríficas.

Son máquinas que realizan un trabajo consistente en extraer calor de un sistemahacia el exterior, enfriándose el sistema (y calentándose los alrededores). La transferenciade calor se hace mediante un fluido refrigerante moviéndose por un circuito cerrado, y quesufre transformaciones de presión y de estado (de líquido a vapor y viceversa) lo queconlleva un cambio de temperatura. Cuando este líquido se enfría, lo hace en contacto conel sistema que se quiere enfriar, por ejemplo, el aire de una habitación en el caso de unaparato de aire acondicionado, o el interior de una nevera o congelador. Después, estefluido vuelve a su estado inicial desprendiendo calor, cosa que hace ya en contacto con losalrededores del sistema. En el caso de la nevera, el calor sale hacia el aire que la rodea, yen el caso del aparato de aire acondicionado sale hacia la calle.



Para que funcione la máquina, esnecesario un motor, normalmente eléctrico,que comprime el gas convirtiéndolo enlíquido, lo que provoca que se caliente. Elcalor generado debe salir fuera delsistema.

Después, se descomprime el líquidoconvirtiéndose en gas, lo que supone unenfriamiento, algo parecido a lo quesentimos en la piel cuando nos pulverizamosun gas procedente de un spray. Alenfriarse, enfría también el aire que tienealrededor, ya dentro del sistema.

2.3 RENDIMIENTO DE UNA MÁQUINA TÉRMICA

El rendimiento es una característica esencial de todas las máquinas térmica; sedefine como la relación entre el trabajo realizado y la energía que se ha consumido paraello. Por ejemplo, si un motor de gasolina tiene un rendimiento del 25 %, esto quiere decirque sólo la cuarta parte de la energía obtenida al quemar gasolina se aprovecha pararealizar trabajo (mover el vehículo y los accesorios del mismo) y el 75 % restante se pierdeen forma de calor, que pasa al entorno. Los vehículos tienen que tener un sistema llamadorefrigeración, que suele ser un radiador por donde circula un líquido que se enfría al aire yque luego pasa por el motor para enfriarlo.

Las primeras máquinas de vapor construidas por Newcomen tenían un rendimientode sólo un 0,5 %, lo que significa que se aprovechaba una caloría de cada 200 caloríasdesprendidasal quemar el carbón. Las mejoras introducidas por Watt subieron esteporcentaje al 4 %, y al final se consiguieron rendimientos del 8 %.

En los coches actuales, el rendimiento suele oscilar entre el 20 % y el 25 %. Elconseguir motores más eficientes es un objetivo prioritario para reducir consumo decombustible, cada vez más escaso y caro, y para reducir la contaminación. Actualmente, losvehículos que producen menos cantidad de CO2 están exentos de pagar el impuesto dematriculación de vehículos.

Ejercicio 10: Investiga cuáles son los turismos que están exentos de pagar el impuesto dematriculación, cuál es la máxima cantidad de CO2 que pueden emitir y cuál es su consumoaproximado de gasolina, en litros cada cien kilómetros:_______________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________



2.4 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE UNA MÁQUINA TÉRMICA

Las máquinas térmicas supusieron un avance extraordinario en la historia de lahumanidad. Se permitió reducir costes de fabricación en las industrias, y mejorar laproducción. Los motores de explosión se popularizaron en los vehículos de transportepúblico y privado, debido a su relativa simplicidad y a la gran potencia que puedendesarrollar. También, en actividades deportivas y recreativas.

El uso y abuso de las máquinas térmicas repercute en una mayor contaminacióndel medio. Los combustibles fósiles se transforman en CO2 que es el responsable principaldel calentamiento global por efecto invernadero, además de emitir otras sustancias talescomo el monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno que son toxicas o participan en ladestrucción de la capa de ozono. Los aceites lubricantes son también una fuente decontaminación asociada a estas máquinas. Tampoco nos podemos olvidar de la contaminaciónacústica (ruido) producida por estas máquinas, que conllevan un aumento del estrés y lairritabilidad de las personas.

Por último, citar el hecho de que utilizan en su gran mayoría combustibles fósilesno renovables, carbón y petróleo, lo que significa que las reservas se van poco a pocoagotando, especialmente las de petróleo y gas natural. Estas sustancias son fuente no sólode energía sino de multitud de materias primas para fabricar otras muchas, como lospolímeros (“plásticos”).

3. Las fuentes de energía.Antiguamente, los humanos realizaban trabajo usando como fuente de energía su

propio cuerpo o los animales de carga. Hoy en día cuesta trabajo pensar en un mundo sinmáquinas avanzadas que necesitan mucha energía para funcionar.

En la Tierra, la principal fuente de energía es el Sol. Todo el carbón y el petróleoy gas natural que hay en ella (llamadas energías fósiles) no son otra cosa que energía solaralmacenada por antiguos seres vivos a lo largo de millones de años. Aparte del Sol y lasenergías fósiles, solo contamos con la energía nuclear de fisión (la producida al romperselos átomos de sustancias radiactivas como el uranio) y las energías geotérmica ymareomotriz, apenas utilizadas.

Fuentes

de energía

No renovables

Renovables

Carbón

Petróleo

Gas naturalNuclear

Eólica Hidráulica Maremotriz

Geotérmica

BiocombustibleSolar

Fósiles



Las energías renovables son aquellas que se regeneran más deprisa de lo que seconsumen. Su uso se hace imprescindible si queremos alcanzar un desarrollo sostenible;para abastecernos de las enormes cantidades de energía que necesitamos y serrespetuosos con el medio, hemos de utilizar energías de modo que alteren lo menos posiblela naturaleza.

3.1 ENERGÍAS NO RENOVABLES

3.1.1. Combustibles fósiles. Carbón y petróleo.

Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas empleadas para lacombustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos queexistieron en tiempos remotos en la Tierra. Son el carbón en todas sus variedades(turba-lignito-hulla-antracita) el petróleo y el gas natural.

El carbón tiene su origen en los restos orgánicos de árboles y plantas de bosquesque se hundieron en el agua de pantanos, se pudrieron como consecuencia de la acción delagua y las bacterias, se fueron cubriendo poco a poco de capas sucesivas de fangos quesolidificaron y se convirtieron en rocas. El petróleo, por su parte, procede probablementede la descomposición bacteriana de restos animales y vegetales (principalmente plancton)en grasas, que existían en las proximidades de lagos y mares.

Posiblemente el primer combustible fósil utilizado por el ser humano fuera laturba, primera fase en la formación del carbón. Los yacimientos de turba se hallan en lospantanos, en zonas donde el suelo debe ser capaz de retener el agua en la superficie ocerca de ella, y la temperatura debe ser baja (entre 5ºC y 9°C) para que no se produzcauna evaporación y una putrefacción rápidas. Por eso existen yacimientos de turba en zonastempladas del norte de Europa.

Por la temperatura del interior de la Tierra y por la presión ejercida por lascapas de arena y lodo acumuladas sobre la turba, se formó el lignito, sustancia blanda decolor marrón, que es considerada como carbón a medio formar. Posteriormente, éste se fuetransformando en hulla, que es el más abundante y utilizado en la actualidad, y finalmentela hulla se transformó en antracita, el carbón de formación más reciente. A medida que elcarbón se va transformando de un tipo a otro, el porcentaje de carbono va aumentando del50 % de la turba al 95 % de la antracita. En función de las características de cada zona,existen yacimientos de diferentes tipos de carbón.

Restos de plantas TURBA LIGNITO HULLA ANTRACITA (porcentaje de carbono).... 50% 60% 85% 95%

Calentando el carbón en ausencia de aire, surge un residuo, el coque, que tambiéntiene gran utilidad como combustible y como agente reductor en la industria del acero.

Ejercicio 11: De la lista de tipos de carbón que tienes arriba, ¿cuál crees que tiene unmayor porcentaje de humedad?________________________________________



El petróleo se encuentra en yacimientos dispersos por numerosos puntos de lacorteza terrestre, y se trata de un líquido espeso, compuesto por una gran cantidad decompuestos formados por carbono e hidrógeno llamados hidrocarburos. En muchaocasiones, junto al yacimiento petrolífero aparecen grandes bolsas de gas natural que aúnno se ha disuelto en el petróleo. Recién traído del yacimiento, el petróleo crudo no tieneaplicación comercial, por lo que es necesario someterlo a un proceso de separación yrefinamiento en las industrias llamadas refinerías.

De las diversas fracciones de petróleo, las que tienenaplicación como combustible son las siguientes:

�� Gases, como el butano y el propano. Hierven a menos de20ºC.

�� Gasolina, para motores de automoción ligeros. Sutemperatura de ebullición está entre 40ºC y 180ºC

�� Queroseno, para motores de aviación y calefacción.Entre 175ºC y 275ºC.

�� Gasóleo, para motores de automoción y vehículos pesados(camiones...). Entre 250ºC y 375ºC.

El gas natural se halla en yacimientos aislados y, en ocasiones, junto al petróleo.Contiene hidrocarburos volátiles de hasta ocho átomos de carbono. En líneas generalestiene la siguiente composición: metano (CH4): 80%; etano (C2H6): 13%; propano (C3H8): 3%;butano (C4H10): 1 %; otros hidrocarburos de 5 a 8 átomos de carbono: 0,5%; nitrógeno:2,5%; CO2, hidrógeno y helio: el resto.

1 % - Butano, C4H103 % - Propano, C3H813 % - Etano, C2H680 % - Metano, CH4

3.1.2. Uranio y energía nuclear

En la corteza terrestre existen también algunos minerales que contienenelementos radiactivos, metales pesados, como el uranio, que se desintegran de formaespontánea emitiendo radiaciones muy energéticas. Hace menos de un siglo que hemosaprendido a obtener energía de estos procesos radiactivos en las centrales nucleares defisión, produciendo enormes cantidades de vapor, que mueven los generadores deelectricidad. Lo malo es que también se producen residuos radiactvos muy peligrosos eimposibles de destruir, y que no tienen utilidad alguna para generar electricidad.



En el futuro, se producirá energía a partir de la fusión nuclear, que es energíadesprendida cuando dos átomos pequeños de hidrógeno se unen para dar un átomo másgrande de helio, desprendiéndose una enorme cantidad de energía, y sin que quedenresiduos radiactivos, como ocurre en las centrales de fisión.

3.2 ENERGÍAS RENOVABLES

3.2.1 Del viento.

Es, posiblemente, la primera energía que aprendió a utilizar el ser humano paramover barcos y moler grano. Actualmente, esta energía eólica la transformamosdirectamente en energía eléctrica, mediante aerogeneradores. Actualmente, tenemos ennuestro país más potencia instalada en forma de aerogeneradoes que en centralesnucleares.

3.2.2 Del sol.

Se puede aprovechar la energía solar para producir electricidad de dos formas:

�� Con células fotovoltaicas, que son paneles que captan la luz y producen electricidaddirectamente, basándose en un fenómeno que se llama efecto fotoeléctrico. Estospaneles son iguales que los que tienen algunas calculadoras y relojes, que funcionan conluz y no necesitan pilas.

�� Con espejos que concentran la luz solar para producir vapor, igual que en las centralestérmicas y nucleares, por ejemplo, y que mueven los generadores. En esto se basan lascentrales termosolares.

Además de para producir electricidad, se puede calentar agua recogiendo la luzsolar con espejos para tener un almacén de agua caliente, y ser usada directamente enedificios y fábricas.

3.2.3 Del agua de lluvia.

Llamamos energía hidráulica a la energía procedente del agua que ha caído enforma de lluvia o nieve. Desde la antigüedad se ha aprovechado también la energía de lossaltos y las corrientes de agua (energía potencial y cinética, respectivamente) por el serhumano en molinos para fabricar harinas y aceites. Hoy día, con el uso de los alternadores,transformamos la energía del salto de agua en electricidad.



3.2.4 Del mar.

El mar es el almacén de energía térmica más grande del planeta, pero es difícilsacar energía de él, ya que su temperatura es muy baja. Además, el sol y el movimiento derotación de la Tierra provoca grandes corrientes marinas y oleaje, una energía que no se hasabido aprovechar aún de modo eficiente. Sin embargo, sí se está utilizando algo la energíade las mareas, lo que se denomina energía mareomotriz.

3.2.5 Del interior de la Tierra.

En las zonas volcánicas, puede aprovecharse el calor que surge del interior de lacorteza terrestre mpara mover los generadores que producen electriciad es lasdenominadas centrales geotérmicas. Es una energía difícil de obtener, aunque hay algunaszonas como Islandia donde sí se utiliza aprovechando la gran cantidad de agua volcánicasubterránea que existe a poca profundidad, y de hecho el 85 % de la energía utilizada entodo el país se obtiene de centrales geotérmicas.

3.2.6 Del suelo cultivable.

Llamamos biomasa a la materia orgánica que puede utilizarse como fuente deenergía. Por ejemplo, la madera quemada en una chimenea es biomasa, que produce muchoscontaminantes al igual que ocurría con el carbón. Pero puede tratarse industrialmente paraobtener biocombustibles, que se están empezando a extender como un sustituto de lagasolina o el gasóleo.

�� El bioalcohol se obtiene fermentando azúcares y almidones de plantas como laremolacha, la caña de azúcar, el maíz o los cereales. Se mezcla con la gasolina o inclusola sustituye completamente.

�� El biodiésel se obtiene del aceite de las plantas oleaginosas, como el girasol, la colza o lapalma. Se mezcla con el gasóleo para alimentar los motores diésel.

4. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS FUENTES DE ENERGÍALa primera ventaja que podemos citar de las energías renovables es que no se

agotan, como está sucediendo con los combustibles fósiles y los minerales radiactivos. Sinembargo, todas las fuentes de energía sin excepción tienen sus ventajas e inconvenientes.Por ejemplo, los derivados del petróleo siguen siendo imbatibles a la hora del transportepor tierra, mar y aire.

�� Hay fuentes de energía que son claramente contaminantes. Aquí hay que citar en primerlugar la contaminación producida al quemar carbón y petróleo, que liberan a la atmósferasustancias nocivas como dióxido de carbono (responsable del efecto invernadero) yóxidos de azufre y nitrógeno (responsables de la lluvia ácida). Los óxidos de nitrógenoayudan también a destruir el ozono atmosférico. Los biocombustibles también participan



en el calentamiento por efecto invernadero, ya que al quemarse liberan dióxido decarbono. Finalmente, los residuos radiactivos producidos en una central nuclear de fisióno expulsados al medio durante una catástrofe (como sucedió en Chernóbil, Ucrania, en1986, y en Fukushima, Japón, en 2011) son responsables de contaminación radiactiva quepuede tardar miles de años en desaparecer. Esta contaminación puede matar provocandocáncer y puede producir malformaciones genéticas en los fetos.

�� El uso de carbón y petróleo como combustibles significa que no se puedan usar comofuentes de materias primas que puedan dar lugar a una gran variedad de sustanciastales como plásticos, fibras artificiales, fármacos, etc.

�� La energía eólica es barata y poco contaminante. Sin embargo, no siempre se tienedisponibilidad de viento, que es un recurso muy irregular. Además hay que llenar elpaisaje de aerogeneradoes e instalaciones (subestaciones eléctricas para transformar lacorriente, cableado, carriles...) que deterioran el medio.

�� La luz solar es una fuente muy utilizada indirectamente, pues es la responsable delviento, de la lluvia y del crecimiento de la biomasa. También se quedó almacenada enforma de combustibles fósiles. Pero no se usa apenas de forma diercta. Uninconveniente es que no es una fuente continua, y de noche no se aprovecha a no ser quese almacene calor durante el día calentando grandes depósitos de sal, que hervirán elagua durante la noche para producir el vapor. La energía fotovoltaica requiere panelesque aún son caros y tardan tiempo en amortizarse. Debería utilizarse más a pequeñaescala para producir electricidad y agua caliente.

�� Los pantanos actuales suelen ser obras enormes que generan un impacto en el medio,inundando valles enteros, teniendo que desplazar poblaciones enteras, alterando la vidadel curso fluvial, etc. En épocas de sequía no se almacena agua suficiente paragarantizar el suministro eléctrico. Sin embargo, tiene también sus ventajas, como que esuna energía muy limpia y podemos almacenarla en grandes cantidades, cosa que no suedecon la energía del viento o la solar. Además permiten almacenar agua también paraconsumo humano y para regadío, así como para evitar inundaciones cuando lluevetorrencialmente.

�� La energía de las mareas, por supuesto, sólo se podría utilizar en lugares donde hayamar y mareas acusadas: aquí en Málaga, por ejemplo, no tendría utilidad. Su ventaja esque es una fuente de energía casi continua, pues las mareas suben y bajan regularmente.

�� La energía geotérmica sólo se puede utilizar en ciertas regiones del planeta donde hayauna gran actividad volcánica a escasa profundidad, como hemos visto antes.

�� Los biocombustibles suponen un gran gasto de energía en su producción, e incluso seplantea que se gasta más energía en ello que la que se puede obtener luego al quemarbiocombustibles. Además, el empleo de grandes supeficies para cultivar plantas quepuedan dar biocombustibles puede originar escasez de cultivos para producir alimentos,y el encarecimiento de éstos con todas sus consecuencias (hambruna...) Por supuesto,como todos los cultivos, son susceptibles de tener buenas y malas cosechas.



UNIDAD 7: LAS ONDAS: LA LUZ Y EL SONIDO

1. Qué son las ondas.

Muchas veces has observado estos fenómenos:

Cuando enciendes un

televisor, una radio o un

teléfono móvil, se

transmite información.

La luz que emiten los

focos luminosos se

propaga hasta nuestros

ojos.

El sonido producido al

vibrar un altavoz se

propaga a través del aire.

Al lanzar una piedra al

agua, aparecen unas olas

circulares que se propaganpor la superficie.

Todos ellos son ejemplos de ondas. Vivimos sumergidos en un mar de ondas. Porejemplo las ondas sonoras producidas por un altavoz, las ondas luminosas que salen de unalámpara o las ondas de radio emitidas por un teléfono móvil.

Ya hemos estudiado qué es la energía y cuáles son los tipos de enegía. Pues bien,las ondas constituyen una forma de propagación de energía a través del espacio. Estaenergía puede ser de muy diversos tipos. Por ejemplo, la vibración del altavoz es energíapotencial elástica y cinética. Dicha energía pone en movimiento a las moléculas del aire encontacto con la membrana del altavoz, iniciándose la onda sonora que viaja a través del airea unos 340 m/s.

En el caso de la luz y las ondas de radio, lo que se propaga es energía radiante.Esta energía, como ya sabemos, puede viajar también por el espacio vacío (como ocurre conla luz del Sol que llega hasta la Tierra) lo que no sucede con las ondas sonoras ni las demásondas. Podemos hacer así una clasificación de las ondas en dos tipos:

� Ondas mecánicas: son las que para propagarse necesitan un medio material como puedeser el aire, el agua o un cuerpo sólido. En estas ondas, la vibración de una partícula poneen movimiento a las partículas que están en contacto con ella, y éstas a su vez a lassiguientes, y así sucesivamente. Así ocurre en el ejemplo del altavoz y el sonido.

� Ondas electromagnéticas: aunque se propagan también atravesando los cuerposmateriales (por ejemplo, la luz atraviesa las sustancias transparentes) lo pueden hacer através del espacio vacío. En este caso no hay movimiento de partículas materiales.

Un experimento clásico consiste en meter un despertador dentro de una

campana de cristal y extraer luego el aire que hay dentro de ella. Cuando

suene, no podremos oírlo porque el sonido no puede viajar a través del

vacío. En cambio sí que podemos verlo pues la luz puede viajar a través

del espacio vacío y del cristal.

Apuntes de Física y Química, 2º de ESO Unidad 7: Las ondas. La luz y el sonido


Otra forma de clasificar las ondas es según sean las direcciones en las que setransmite el movimiento:� En el caso de las ondas en la superficie del agua, la vibración ocurre en dirección

vertical (el agua sube y baja por encima del nivel que tiene la superficie del aguatranquila) pero las ondas viajan en dirección horizontal. Las direcciones de vibración ypropagación son perpendiculares entre sí, y las ondas se dice que son transversales. Aeste grupo pertenecen también las ondas electromagnéticas.

� El sonido, en cambio, es una vibración que se trasmite en la misma dirección en la quevibran las partículas. A estas ondas las llamamos longitudinales.

� Si estiramos un muelle y lo sacudimos hacia arriba y

hacia abajo observaremos cómo las ondas producidas

viajan a lo largo del muelle. La mano se mueve en

dirección vertical y las ondas se desplazan en

dirección horizontal.

� En cambio si mantenemos el muelle tenso y movemos

la mano hacia izquierda y derecha, se forman unas

ondas que se desplazan en esa misma dirección.

� El primero es un ejemplo de onda transversal y el

segundo de onda longitudinal.

En resumen:

Tipos de ondas

Según la direcciónde propagación

Según sunaturaleza

Transversales

Longitudinales

Mecánicas

Electromagnéticas

Ejercicio 1: Clasifica estas ondas según sean ondas mecánicas (M) u ondas electromagnéticas(E), y según sean ondas longitudinales (L) o transversales (T):

El sonido, al propagarse por el agua

El sonido que produce el tubo de un órgano

Las olas en la superficie del mar

La radiación de microondas que emite un teléfono móvil

La luz ultravioleta que emite una lámpara de bronceado

Un muelle estirado horizontalmente que es pinzado horizontalmente y luego liberado

Una onda producida al pinzar la cuerda de una guitarra

L o TM o EOnda

Ejercicio 2: Toma un muelle largo, comprime algunas de sus anillas y suéltalas; verás que laonda de compresión se propaga en la misma dirección en que vibra el muelle. ¿Qué energíaes la que mueve el grupo de anillas? ¿Por qué crees que acaba parándose?



2. Magnitudes propias de las ondas.

En la primera página hemos mencionado las ondas producidas en la superficie delagua al caer un objeto. Estas ondulaciones ("olas") se desplazan a una cierta velocidad entodas direcciones, formando círculos cada vez más grandes desde el lugar donde se hanproducido. A medida que la ola va viajando va perdiendo altura y acaba extinguiéndose.

Se observa también que entre una cresta (es decir, el punto más alto de unaonda) y la siguiente cresta hay una distancia de separación que se repite. Lo mismopodemos decir de la distancia que separa un valle (el punto más bajo) y el siguiente.

Vamos a usar este ejemplo paraexplicar las magnitudes propias de unaonda, a saber:

� Longitud de onda (λλλλ)

� Amplitud de onda (A)

� Frecuencia (f)

� Periodo (T)

� Velocidad de propagación (v)

� Llamamos longitud de onda a la distancia que separa dos puntos máximos de una onda.Por ejemplo, la distancia entre dos crestas consecutivos en las ondas del agua. Lalongitud de onda se representa con la letra griega lambda (λλλλ) y se mide en unidades delongitud: metros, centímetros, etcétera.

� La amplitud es la máxima altura que alcanza la onda. En el caso del agua, será la alturade cada ola. La representamos con la letra A. Por ejemplo, si sobre el agua cae un objetopesado la amplitud de las ondas será mayor que si cae una pequeña piedrecita.

� Por otro lado, la frecuencia (f) de una onda, es el número de oscilaciones o vibracionesque se producen cada segundo, y el período (T) es el tiempo que dura una oscilacióncompleta. Ambas magnitudes son una la inversa de la otra. Por ejemplo, si por un puntode la superficie del agua pasan dos olas en un segundo, ésa es la frecuencia: dososcilaciones por segundo; el período será de medio segundo (0,5 s). De forma resumida,f = 1/T. En el S.I., la frecuencia se mide en oscilaciones por segundo o hercios (Hz) enhonor a Hertz, científico que demostró la existencia de las ondas electromagnéticas. Elperíodo, al tratarse de un tiempo, se mide en segundos (s).

� Otra magnitud importante en el estudio de las ondas es la velocidad de propagación (v)que, como su nombre indica, es la velocidad a la que se transmite una onda, y se mide enel S.I. en metros divididos por segundo. Por ejemplo, la luz se propaga por el espaciovacío a razón de 300 000 km/s y es la máxima velocidad posible: no hay nada más rápidoque ella. En el aire viaja prácticamente a la misma velocidad, pero más lenta, y en el agualo hace a unos 200 000 km/s. El sonido, en el aire se propaga a unos 340 m/s.



Ejercicio 3: La Luna se encuentra a 385 000 km de nuestro planeta y refleja la luz queprocede del sol. ¿Cuánto tiempo tarda esa luz en viajar desde la Luna a la Tierra,aproximadamente? a) Un minuto b) Una hora c) Un segundo (subraya lo que proceda)

Ejercicio 4: Si se produjera una fuerte explosión en la Luna, ¿cuánto tiempo tardaríamos enescucharla? ¿Por qué?___________________________________________________

3. La luz. Propiedades de la luz.

3.1. Naturaleza de la luz.

Como indicamos en los apartados anteriores, la luz es una onda electromagnéticaque procede de átomos con un alto contenido en energía. Su velocidad de propagación en elvacío es la máxima que existe: nada puede propagarse o viajar a mayor velocidad. Sinembargo, cuando se propaga en otros medios la velocidad es menor. Por ejemplo, en eldiamante lo hace a 124 000 km/s, menos de la mitad de la velocidad en el vacío.

Además de la luz visible (o luz a secas) que es la radiación electromagnética quenuestros ojos pueden ver, existen otros muchos tipos de ondas electromagnéticas novisibles pero que tienen gran importancia en el mundo físico y en nuestras vidas. El que seande un tipo u otro depende de la longitud de onda. El conjunto de las distintas ondaselectromagnéticas se conoce como espectro electromagnético. En orden de mayor a menorlongitud de onda, tenemos:

� Las ondas de radio.� Las microondas.� La radiación infrarroja, que mencionamos en la lección del calor y la temperatura.� La ultravioleta.� Los rayos-X.� Los rayos gamma.



La luz visible se encuentra en el espectro comprendido entre la radiacióninfrarroja y la ultravioleta.

Cuando la luz setransmite a través de un material,pueden darse los siguientes casos:

- En los medios transparentes, sepueden ver imágenes a través deellos. El vidrio, el agua o el aireson ejemplos de ellos.- En los medios traslúcidos, se transmite la luz pero no se pueden ver imágenes. Es lo queocurre con una nube, el humo o la leche.- En los medios opacos, no se permite el paso de la luz. Por ejemplo, la madera o los metalesson opacos.

3.2 Propagación de la luz

La luz se propaga en línea recta, en todasdirecciones. Esto se pone de manifiesto cuando seilumina un objeto opaco y se forman sombrasproyectadas sobre una superficie. Podemos dibujarlíneas rectas o rayos que parten del foco luminoso yque indican las direcciones en las que se propaga laluz. Las zonas iluminadas son aquellas donde lleganrayos luminosos que proceden de todo el foco.

Si el foco de luz es pequeño, se formará una sombra nítida correspondiente a lasuperficie que no es iluminada porque se lo impide el cuerpo opaco. La sombra tendrá lamisma forma que el objeto. Pero si el foco es grande, además de la zona de sombraaparecerá una zona de penumbra, es decir, una zona de la superficie que está parcialmenteiluminada.

Los eclipses de sol se forman cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra.Aunque la Luna es mucho más pequeña que el sol, también está mucho más cerca denosotros, con lo cual puede tapar completamente al sol, formándose un eclipse total en lazona de sombra. En las zonas del planeta donde se forma un eclipse parcial y aparece unazona de penumbra, la luna no cubre totalmente el disco solar.

Por otro lado, cuando la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna, se produce uneclipse de Luna, que también puede ser un eclipse total (toda la Luna cae dentro de la zonade sombra) o parcial.



Eclipse de lunaEclipse de sol

3.3 Los colores

Los colores son una creación de nuestro cerebro, la luz en sí no tiene colores.Las distintas ondas electromagnéticas que componen la luz visible y que captamos comorojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta (los colores del arcoiris) sólo sediferencian en la longitud de onda y la frecuencia.

Dentro de los distintos tipos de luzque podemos ver el color violeta es la ondade menor longitud de onda y el rojo es la demayor longitud de onda. Todas las demásondas electromagnéticas de mayor longitudde onda que el rojo y menor que la delvioleta no se pueden ver por el ojo humano,aunque sí las pueden percibir algunos otrosanimales.

La luz blanca, como por ejemplo la luzsolar o la que emite una bombilla, es laformada por luz de todos los coloresmezclados. Cuando vemos un objeto lohacemos porque éste devuelve parte de la luzque ha recibido y si lo vemos de un colordeterminado se debe a que el objeto haabsorbido la luz excepto la del color quevemos. Así por ejemplo un objeto que vemosde color rojo absorbe la luz naranja, amarilla,verde azul, añil y violeta y devuelve solamentela luz roja que es la que llega a nuestros ojos.

Ejercicio 5: Cuando observas un objeto de color amarillo, ¿qué colores ha absorbido?___________________________________________________________________

Ejercicio 6: ¿Qué crees que pasaría si iluminases un objeto de color verde con una bombillade luz roja?_____________________________________________________________________________________________________________________________



3.4 Reflexión y refracción de la luz

Como hemos comentado en el apartado anterior, las ondas luminosas pueden serabsorbidas al chocar con un objeto cualquiera. Esa energía radiante queda en el objeto ycomo consecuencia de ello el objeto suele aumentar su temperatura. Pero también puedeser que la onda sea reflejada y "rebote" como ocurre con una pelota cuando se lanza contrauna pared. Este fenómeno, que se da con todas las demás ondas, se denomina reflexión. Unespejo es una superficie pulida que utiliza este fenómeno.

Otro fenómeno que se da con la luz y con todas las ondas es la refracción yconsiste en que los rayos de luz se desvían cuando entran en un medio material diferente.Esto es lo que se utiliza en las lentes y para descomponer la luz blanca en sus colores conun prisma.

Descomposición de la luz blanca

en un prisma

Reflexión irregular de la luz

en una superficie rugosa

Reflexión de la luz en un

espejo plano

Ejercicio 7: ¿Por qué crees que en verano es más conveniente llevar ropa de colores claroso que las casas en Andalucía se suelen pintar de blanco y no de negro? _______________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.5 Otras ondas electromagnéticas y sus aplicaciones

� Las ondas de radio y las microondas se utilizan para enviar y recibir información(aparatos de radio, televisión, wi-fi y teléfonos móviles) o para cocinar (hornos demicroondas). También son las ondas que se utilizan en los radares.

� La radiación infrarroja es la que emite principalmente un objeto que está a altatemperatura. Se utiliza para las cámaras de visión infrarroja o en las estufas.

� La ultravioleta es la responsable de que nos pongamos morenos al sol. Esto ocurreporque pueden ser muy dañinos produciendo quemaduras y los pigmentos de la piel evitanque penetren más en ella. También el ozono atmosférico sirve para protegernos.

� Los rayos-X sirven para hacer radiografías de nuestro interior. Sucede que cuanto máscorta es la longitud de onda mayor es la capacidad para penetrar en la materia sin serabsorbida. Los rayos X atraviesan los tejidos blandos y son absorbidos por los huesos.

� Los rayos gamma, aún más energéticos y penetrantes que los rayos-X, son emitidos porlas sustancias radiactivas. En la explosión de una bomba nuclear son las que causan losmayores daños.



4. Aparatos ópticos.

Ejercicio 8: Construye una cámara oscura buscando la información necesaria en algunafuente. Para ello necesitarás una caja de zapatos o similar y un trozo de papel translúcido.Una vez construida observa la imagen que se forma de un objeto luminoso (por ejemplo unabombilla) en la pantalla translúcida. ¿Qué observas? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los aparatos ópticos son los aparatos que utilizan las propiedades de lapropagación de la luz que hemos estudiado en el apartado anterior: la propagación en línearecta, la reflexión y la refracción. Pueden ser naturales como un ojo o artificiales como unalupa o un espejo.

Cuando observas la pantalla de un televisor, tu móvil o el monitor del ordenadorestás viendo imágenes formadas en ellas. Consiste en proyectar rayos luminosos sobre unasuperficie determinada. También en la retina de tu ojo se forman imágenes con la luz queprocede del exterior. Otro tipo de imágenes son las que ves en un espejo. Con losinstrumentos ópticos se pueden obtener imágenes de dos tipos:

� Imágenes reales: son las que pueden formarse sobre una pantalla. Por ejemplo, la deltelevisor.

� Imágenes virtuales: son las que no se pueden proyectar sobre una pantalla pero lascapta nuestro ojo. Por ejemplo, tu imagen reflejada en un espejo.

4.1. Lentes y espejos.

Una lente es un vidrio o un plástico transparente con una forma dada paradesviar los rayos de luz y construir instrumentos ópticos: lupas, cámaras fotográficas,microscopios, telescopios, gafas, etc. También nosotros tenemos una lente en el ojo: elcristalino.

El funcionamiento de una lente se basa en la refracción de la luz y puedenclasificarse en dos grandes grupos: convergentes y divergentes.� Las lentes convergentes son más gruesas en el centro que en los extremos. Hacen

converger en un punto (foco de la lente) a los rayos de luz paralelos que penetran enellas. Si miras a través de ellas las cosas se ven más grandes. Un ejemplo de lenteconvergente es la lupa que se utiliza para ver cosas pequeñas.

� Las lentes divergentes son más delgadas por el centro que por los extremos y hacendivergir los rayos de luz que vienen paralelos. El foco es ahora el punto desde el queaparentemente vienen los rayos procedentes desde el otro lado de la lente. Si miras através de ellas verás los objetos más pequeños.



Foco Foco

LENTE CONVERGENTE LENTE DIVERGENTE

Con las lentes convergentes se pueden obtener imágenes reales pues se puedeconcentrar en una pantalla la luz procedente del otro lado de la lente. En cambio las lentesdivergentes siempre producen imágenes virtuales porque es imposible proyectar esa luzsobre la pantalla ya que tienden a separarse y no a juntarse.

Las imágenes reales, como habrás podido comprobar al construir la cámara delejercicio 8, siempre salen invertidas de arriba abajo y de izquierda a derecha. Pueden serde mayor o menor tamaño que el objeto proyectado. El lugar donde se forma la imagendependerá de la forma y grosor de la lente: una lente más gruesa formará la imagen más cerca deella que una lente delgada. Sin embargo las imágenes virtuales siempre son derechas, no estáninvertidas de arriba abajo y tienen menor tamaño que el objeto observado.

Ejercicio 9: Clasifica las siguientes lentes según sean convergentes (C) o divergentes (D):

Biconvexa Cóncavo-convexa Cóncavo-convexa Planocóncava Planoconvexa Bicóncava

____ ____ ____ ____ ____ ____

Un espejo se basa en la reflexión de la luz sobre una sustancia pulida y opaca. Losespejos suelen construirse con una superficie de vidrio que tiene al otro lado una fina capade metal. La luz que atraviesa el vidrio se refleja en el metal y no puede atravesarlo.

Además de los espejos planos más comunes hay espejos de forma curva como losespejos de aumento que se usan para maquillarse (espejos cóncavos) o los espejosretrovisores (espejos convexos).

El espejo convexo es divergente y el

cóncavo convergente

espejo retrovisor

convexo

Espejo convexo para

evitar colisiones

Espejo cóncavo

de tocador



4.2. La cámara oscura y la cámara fotográfica.

Una cámara oscura como la del ejercicio 8 sirve para proyectar en una pantalla laluz que atraviesa un pequeño orificio. Como los rayos de luz viajan en línea recta la imagensale invertida. Si se hace un agujero más grande entra más luz, pero la imagen sale borrosa.Se puede mejorar colocando una lente convergente que permita enfocar los rayos sobre lapantalla.

Una cámara fotográfica tradicional es una cámara oscura donde se ha colocadouna placa o película fotográfica como pantalla. Cuando entra la luz en ella deja impresionadala imagen en la placa gracias a una reacción química: donde incide la luz se forma unamancha de color negro. Esta imagen es negativa: lo que es claro sale oscuro y al revés yluego hay que obtener una imagen positiva de ella. Actualmente las cámaras fotográficasson digitales y se forma una imagen en forma de píxeles o bits, no una imagen química.

Una de las cámaras fotográficas

más antiguas que se conservan

Los artistas las usaban para

dibujar paisajes o retratos

En una cámara oscura la imagen

sale invertida

4.3. El anteojo astronómico.

Con una lente convergente se puede obtener una imagen real aumentada. Si secoloca otra lente convergente junto a ella es posible obtener una imagen aún másaumentada de la imagen real. Este es el fundamento del anteojo astronómico que sirvió paraver con más claridad los cuerpos celestes. Con uno de ellos Galileo hizo grandesdescubrimientos para desechar la idea de que la Tierra era el centro del Universo y que loscuerpos celestes eran esferas perfectas. Demostró que Júpiter tenía satélites girando asu alrededor al igual que la Luna lo hace en torno a la Tierra. También observó que Venustenía fases parecidas a las de la Luna (lo que sólo era posible si Venus giraba alrededor delSol en vez de nosotros) y que la Luna estaba llena de cráteres de impacto y no era lisa.

Esquema del funcionamiento: del objeto situado a gran

distancia (flecha de la izquierda) se forma una imagen real

invertida cerca del foco de la segunda lente. Mirando a

través de ella se obtiene una imagen virtual aumentada.

Anteojo astronómico del siglo XIX. Se

mira colocando el ojo en el ocular que es

la lente del extremo derecho y la luz entra

por el objetivo de la izquierda.



4.4. El microscopio.

Es un aparatosimilar a un anteojo perosirve para ver objetos muypequeños y muy próximosal objetivo. Gracias almicroscopio se hanrealizado innumerablesdescubrimientos como porejemplo el de la célula, quees la unidad de la vida.

5. El ojo y la visión.

5.1. Partes del ojo.

El ojo es como una cámara fotográfica que se regula automáticamente paraadaptarse a la luminosidad ambiental y a la distancia a la que se encuentre el objeto quemiramos. En él se forma una imagen real e invertida que nuestro cerebro se encarga deenderezar e interpretar. Sus partes principales son:� La córnea, tejido transparente que protege a la pupila y al resto del ojo.� El iris, un músculo con forma de disco abierto en su centro y que se abre o se cierra

automáticamente. La apertura central se llama pupila.� El cristalino, una lente convergente que cambia su grosor por medio de unos músculos.� La retina, un tejido con terminaciones nerviosas que comunican con el nervio óptico y

con dos clases de células sensibles a la luz:- Bastones: sólo forman una imagen sin color, en blanco y negro. Son las que actúancuando hay poca luz.- Conos: diferencian los colores. Se concentran en la parte central de la retina.

� El humor vítreo, que es un líquido viscoso y transparente que llena el interior del ojo.

Las partes del ojo

Enfoque de un objeto

cercano: los músculos

ciliares abomban el

cristalino para conseguir

que la imagen se forme

en la retina y no después.

Enfoque de un objeto lejano:

el cristalino se vuelve más

delgado; su foco está más

alejado de él para que la

imagen se forme en la retina.



5.2. La visión.

Podemos ver los objetos que nos rodean bien porque emitan luz (una lámpara porejemplo) bien porque la reflejen (un objeto iluminado por esa lámpara). Esa luz atraviesa elcristalino, que concentra los rayos luminosos para que se forma una imagen real e invertidaen la superficie de la retina, tal como haría una cámara fotográfica. Los músculos ciliaresse contraen o relajan automáticamente para deformar el cristalino y conseguir el enfoquedel objeto en la retina, lo que se llama acomodación.

En la retina están las terminaciones nerviosas llamadas conos y bastones. Losbastones son más abundantes y sirven sobre todo para la visión periférica mientras que losconos, que distinguen colores, se concentran sobre todo en la parte central de la retinallamada fóvea. La información nerviosa viaja a través del nervio óptico hasta el cerebro,donde se produce realmente la visión.

La cantidad de luz que entra en el ojo a través de la retina se regula por mediodel iris. Cuando hay menos luz, la pupila se dilata y cuando hay más luz la pupila se cierrapara evitar que demasiada luz pueda dañar el ojo. Esta función también la realizan unosmúsculos involuntarios.

Ejercicio 10: Observa el funcionamiento del iris. Ponte delante de un espejo en unahabitación con poca luz. Enciende la luz sin dejar de mirarte a los ojos. ¿Qué observas?______________________________________________________________________________________________________________________________________

5.3. Defectos de la visión y su corrección.

Hay distintos tipos de defectos de la visión que hacen que nos cueste ver conclaridad, como la miopía, la hipermetropía, el astigmatismo y la presbicia.� La miopía se da cuando el cristalino es más grueso de la cuenta y la imagen se forma

antes de la retina. Las personas miopes ven bien de cerca y mal de lejos. Para corregirlase usan lentes divergentes que separan los rayos de luz antes de entrar en el ojo.

� La hipermetropía es justo al contrario: las personas hipermétropes ven bien de lejos ymal de cerca. Se produce cuando el cristalino es más delgado de la cuenta y la imagentiende a formarse detrás de la retina. Se corrige con lentes convergentes.

� El astigmatismo se debe a que la córnea tiene una deformación a lo ancho de modo queun punto se ve como una línea. Suele darse a la vez que la miopía y el astigmatismo.También se corrige con lentes adecuadas. Las personas con astigmatismo pueden tenerdificultades para enfocar las letras de un texto, por ejemplo.

� La presbicia o vista cansada se produce en todas las personas a partir de cierta edad(los 40 o 45 años) cuando el cristalino pierde parte de su elasticidad y no puede enfocarobjetos muy próximos al ojo. La persona con presbicia necesita alejar los objetos parapoder verlos con nitidez. Se corrige con lentes de aumento.



Así vería un ojo astigmáticoLos distintos defectos de visión y su correción con lentes.

Ejercicio 11: Determina cuál es el punto próximo de tu visión. Colócate un texto delante detus ojos y ve acercándolo hasta que dejes de verlo con claridad. Mide esa distancia con unaregla y compárala con alguien que tenga más edad, tus padres o abuelos por ejemplo. ¿Quéconclusiones sacas? _______________________________________________________________________________________________________________________

6. El sonido. Cualidades del sonido.

6.1. Producción y propagación de sonidos.

En la naturaleza podemos oír multitud de sonidos. Los animales los producen y losutilizan para comunicarse, orientarse, cazar, etc. Para nosotros el sonido tiene granimportancia y hemos logrado el lenguaje, la música, su conservación y reproducción.

El sonido es la propagación de la vibración de los cuerpos a través de unmedio material, ya sea gaseoso, líquido o sólido. En el aire el sonido se propaga con unavelocidad de unos 340 m/s pero en líquidos y el sólidos su velocidad es mucho mayor. Porejemplo en el agua vale 1500 m/s y en el hierro es de 5100 m/s.

Vamos a ver cómo se produce y se propaga un sonido usando el ejemplo de untambor, que tiene una membrana elástica y tensa que puede vibrar arriba y abajo:

Cuando golpeamos lamembrana del tambor, ésta se pone avibrar con una frecuenciadeterminada. La capa de aire que estápegada a la membrana se expandecuando ésta se hunde, y se comprimecuando se levanta. Ahora, esta capa deaire comprimido se expande haciafuera, comprimiendo a la capa que estájusto por encima, y así sucesivamente.



6.2. Cualidades del sonido.

Las cualidades de un sonido son las propiedades que nos permiten diferenciar unsonido de otro. Por ejemplo, podemos reconocer la voz de una persona, podemos oír unsonido más fuerte o más débil, una nota musical u otra, etc. Son tres: la intensidad, el tonoy el timbre. Las tres cualidades se relacionan a su vez con las magnitudes de las ondas quevimos en el apartado 2 de este tema: la amplitud, la frecuencia y la longitud de onda.

La intensidad depende de la amplitud y energía con que vibra la fuente sonora.Es la cualidad que nos permite distinguir un sonido débil de uno fuerte. Por ejemplo, cuandosubimos el volumen de la tele, o cantamos en voz más alta, estamos aumentando laintensidad del sonido. Es como lo que ocurre al echar una piedra pequeña o una piedragrande en el agua: la altura de las olas producidas cambia y la energía de las ondas también.

El tono está relacionado con la frecuencia fundamental de la onda y se mide enhercios. Distinguimos los sonidos según sean agudos o graves. Un sonido más agudo tienemás frecuencia que uno grave. Por ejemplo, los instrumentos de la orquesta se suelen afinarcon la frecuencia "La 440", es decir, con un diapasón que vibra a 440 Hz, o sea, 440 vecespor segundo.

El timbre está relacionado con las otras frecuencias que se producen a la vezque la frecuencia fundamental y se llaman armónicos. Es la cualidad que permite distinguirun instrumento musical de otro aunque estén emitiendo la misma nota. y con la mismaintensidad. También nos permite distinguir la voz de una persona de la de otra.

Ejercicio 12: Investiga cuáles son las frecuencias de vibración correspondientes a lasdistintas notas musicales de la octava central del piano (La = 440 Hz) y qué diferencia hayentre la frecuencia de una nota cualquiera y la de su octava anterior:_________________________________________________________________________________

6.3. El eco y la reverberación.

Son dos fenómenos relacionados con la reflexión de ondas. El eco se producecuando un sonido se refleja en una pared (por ejemplo una montaña o un edificio) y lovolvemos a escuchar un tiempo después. Para que ello ocurra es necesario que tnanscurra untiempo mayor de 0,1 segundos, si no lo que se produce es la reverberación en la que másbien se escucha el mismo sonido pero alargado, mezclado con el primer sonido.

En la reverberación se mezcla el sonido

directo con el reflejado en las paredes,

situadas a menos de 17 metros.

En el eco la pared está a más de

17 metros: el sonido tiene que

recorrer una distancia total de 34

metros, la décima parte de lo que

recorre en un segundo pues viaja

a 340 m/s. Se escucha de una

forma clara y no como un

alargamiento del sonido original.



7. El oído y la audición.

7.1. Anatomía del oído.

El oído es un órganoque transforma las vibracionesmecánicas que le llegan delexterior en impulsos nerviososque envía al cerebro, donderealmente se produce lasensación sonora. Tiene trespartes: oído externo, oído medioy oído interno.

� El oído externo: tiene el pabellón auditivo (oreja) y el conducto auditivo. Sirve paraencauzar las vibraciones hacia el tímpano.

� El oído medio: comienza con el tímpano, una membrana que vibra como la piel de untambor al recibir las vibraciones externas. A él se une una cadena de huesecillos quetransmiten esas vibraciones hasta el oído interno. Hay también un conducto quecomunica con la laringe, la trompa de Eustaquio, que sirve para igualar la presión del airea ambos lados del tímpano y evitar que se dañe.

� El oído interno: tiene la cóclea, una serie de canales arrollados en forma de caracolllenos de un líquido y las células ciliares sensibles a las vibraciones. Éstas están encomunicación con el nervio auditivo que lleva los impulsos nerviosos hasta el cerebro,donde se produce la sensación e interpretación del sonido.

7.2. El ruido y el cuidado de la audición.

El oído es sensible a una gama muy alta de frecuencias y de amplitudes. Un oídohumano sano y joven percibe sonidos entre los 20 Hz (más graves) y los 20 000 Hz (másagudos). Con la edad se va perdiendo sensibilidad a los sonidos más agudos, hasta llegar alos 10 000 Hz. Por encima de ellos se encuantran los ultrasonidos, que nuestros oídos nopueden percibir pero tienen muchas aplicaciones prácticas, como el sonar y la ecografía.

Avión despegando120

Ruido de un tren100

Conversación en voz alta60

Conversación normal40

Conversación en voz baja20

Respiración normal10

No hay sonido0

Intensidades en dB típicas de

algunos sonidos habituales La intensidad del sonido se mide en decibelios(dB) y esto es importante: hay que evitar los ambientesruidosos debido a que el exceso de ruido afecta a la saludde las personas. Un decibelio es el sonido con la mínimaintensidad para ser escuchado; un sonido de más de 120 dBes muy dañino pues produce dolor y lesiones en el oído.Además el ruido puede afectar a la salud mental de laspersonas: aumenta el estrés, la falta de sueño, lairritabilidad y la falta de concentración en el estudio.



UNIDAD 1: LA MATERIA

1.- En la siguiente lista, señala cuáles se pueden considerar magnitudes y cuáles no son magnitudes:Color del pelo Estatura Peso SaborCociente intelectual Edad Sexo SuperficieTemperatura ambiente Velocidad Olor Belleza

2.- Explica cómo se mide, y en qué unidades, cada una de las siguientes magnitudes:a) Masa b) Longitud c) Tiempod) Volumen e) Área f) Capacidad

3.- Indica cuáles de las siguientes medidas están mal expresadas y corrígelas si lo están:a) Distancia Málaga-Granada = 136 km. b) Récord de 100 m lisos masculinos = 9,58 seg.c) Anchura de una habitación = 3,39 M d) Masa de un insecto = 1,23 g

4.- Expresa en metros las siguientes longitudes: a) 3,4 km b) 0,57 hm c) 69 dam d) 89 dm e) 0,045 cm f)1978 mm

5.- Expresa en decímetros cuadrados las siguientes áreas: a) 78 km² b) 32,34 hm² c) 0,00056 dam² d) 2567 cm² e) 9977,8 mm²

6.- Expresa en metros cúbicos los siguientes volúmenes: a) 0,37 km3 b) 432 hm3 c) 2,7 dm3 d) 7654467 cm3 e) 21 mm3

7.- Expresa en segundos los siguientes tiempos: a) 2 h b) 15 min c) 47,5 min d) 2 h 15 min 47,5 s e) 1673 ms

8.- Expresa en hectolitros las siguientes capacidades:a) 23 kL b) 345 daL c) 9765 L d) 87 cL e) 37655 mL

9.- Escribe en unidades del S.I. las siguientes medidas, e indica a qué magnitudes físicas corresponden:a) 36 mg b) 67 cm² c) 4763 cs d) 3,2 h e) 330 mL f) 330 cm3

2 dm

2 dm

10 dm

10.- Fíjate en el prisma del dibujo de la derecha:

a) Calcula la superficie total del prisma (suma de las áreas de todas sus caras) b) Calcula su volumen en decímetros cúbicos. c) Expresa su volumen en centímetros cúbicos.

11.- Se quiere alicatar una pared de 4 x 3 m con azulejos de 200 x 300 mm. a) Calcula el área que ocupa la pared. b) Calcula el área de cada azulejo. c) Calcula cuántos azulejos necesitas para cubrir la pared. d) ¿Cómo colocarías los azulejos? Haz un dibujo explicativo.

Actividades de Física y Química, 2º de ESO

IES Miraflores. Departamento de Física y Química Actividades 1

f) Si la clase tiene 6 m de ancho y 10 m de largo, su superficie vale:� 16 m²� 60 dm²� 600000 cm²

e) Una capacidad de 20 cl es:� Igual que 20 cm3

� Mayor que 20 mL� La que tiene un vaso de agua, aproximadamente

d) Un decímetro cúbico vale:� Más que un metro cúbico� Menos que un litro� Más que 900 centímetros cúbicos

c) Un tiempo de 1 h 10 minutos y 20 segundos equivale a:� 110,20 seg.� 3600 s� 7220 s

b) Una superficie de 2 metros cuadrados con 65 centímetros cuadrados equivale a:� 2,0065 m²� 2,655 m²� 20065 cm²

a) Una distancia de 2 kilómetros, 3 decámetros y 5 centímetros equivale a:� 203,5 m� 2003,05 m� 2030,05 m

12.- Indica cuáles de las siguientes respuestas son correctas:

13.- ¿Cuántas latas de refresco de 330 mL se pueden llenar con un depósito que contiene 2 m3 de líquido?

14.- En el laboratorio, los alumnos y alumnas de 2º de ESO han medido las masas y los volúmenes de seispiezas diferentes, obteniéndose los resultados que aparecen en la tabla:

1 cm31 L20 cm30,001 dm310 mL1 cm3VOLUMEN

1,1 g1,1 kg54 g270 cg785 dg7,85 gMASA

654321PIEZA

a) Compara sus masas y ordénalas de menor a mayor.b) Compara sus volúmenes y ordénalos de menor a mayor.c) ¿Qué piezas están hechas del mismo material?d) Busca información para descubrir de qué materiales pueden estar hechas las distintas piezas.

15.- Busca información sobre cómo se estableció el metro, el kilogramo y el segundo: en qué época de laHistoria ocurrió y en qué país, por qué se hizo y a qué corresponde cada una de las unidades.

16.- Hace pocos años, se estrelló en Marte una sonda espacial que se había enviado para estudiar lasuperficie de aquel planeta. Años de trabajo y millones de euros se fueron al traste por culpa de un error enlos cálculos. Busca información en Internet acerca de dicho incidente, por qué ocurrió y cómo se podía haberevitado.

17.- Busca información sobre las unidades de medida que se usan en las Islas Británicas. Expresa lassiguientes medidas en las unidades que se te indican:

a) Una longitud de 25 cm, en pulgadas.b) La diagonal de una pantalla de televisión de 32 pulgadas, en centímetros.c) Una distancia de 100 metros, en pies.d) La altura de vuelo en metros de un avión que vuela a 6000 pies.e) La singladura de un barco igual a 200 millas náuticas, en kilómetros.f) La distancia entre dos ciudades separadas 5 millas, en metros.g) La capacidad de un depósito de 10 galones, en litros.



UNIDAD 2: LOS ESTADOS DE LA MATERIA

1.- Copia en tu cuaderno las siguientes frases y complétalas:La materia se puede presentar en tres _______ diferentes, que son: ______, ______ y _____. En el estado_____ se mantiene constante la masa y el volumen, pero puede variar la forma. En el estado _____ ladensidad puede variar fácilmente, pues aunque se conserva la _____ , el _____ puede aumentar o disminuir.

1,5 L 1,5 L

a)conaire

b)conagua m = ?

m = 1,8 g

d = ?

2.- a) Calcula la densidad del aire sabiendo que enuna botella de un litro y medio hay 180 cg. Expresael resultado en g/cm3 y en la unidad del S.I.

b) Si ahora se llenase la botella con agua, ¿cuántovaldría la masa de agua contenida en ella?

c) ¿Cómo es la densidad del aire en comparación conla del agua?

3.- Para llenar una botella con líquido usando un embudo es necesario levantar ligeramente el embudo porencima del cuello de la botella. ¿Sabrías explicar por qué?

4.- Explica, según la teoría cinético-molecular, los siguientes fenómenos:a) Los gases son invisibles. b) Los gases ocupan todo el volumen de un recipiente.c) Los gases pueden variar su volumen. d) Al calentar un gas, aumenta la presión.e) Los gases se mezclan entre sí. f) Al llenar más un neumático, aumenta la presión.

5.- Dibuja cómo estaría el aire encerrado en dos botellas, una conteniendo aire caliente y la otra aire frío.

6.- La rueda de un coche soporta aproximadamente 250 kg de la masa del coche. ¿Cómo se explica esto si losneumáticos sólo contienen aire y las partículas de los gases están muy alejadas unas de otras?

7.- Las partículas que forman la materia, ¿se atraen entre sí? ¿Por qué?

8.- Explica qué sustancia encontraríamos en el interior de una burbuja de las que se forman cuando estáhirviendo el agua en una olla.

9.- ¿Por qué razón ni los sólidos ni los líquidos se pueden comprimir?

10.- Teniendo en cuenta la definición de cambio físico y la teoría cinético-molecular, explica por qué un cambiode estado es un cambio físico y no químico.

11.- ¿Qué significa la expresión "estados condensados" que se aplica al estado sólido y al estado líquido?

12.- Explica la razón por la que:a) Hay sustancias sólidas duras y sustancias blandas.b) Hay líquidos viscosos (como el aceite, que fluye peor que el agua) y líquidos no viscosos.c) El aceite flota en el agua.d) Al calentar una sustancia, cambia de estado sólido a líquido o de estado líquido a gaseoso.e) Al tender la ropa en un día de terral en verano se seca antes que la ropa tendida un día frío y húmedo.

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 2: LOS ESTADOS DE LA MATERIA


13.- El plomo es más denso que el aluminio. ¿Esto puede deberse a que sus partículas sean más pesadas o a queestén más juntas dejando menos espacio hueco entre ellas? Explícalo.

14.- El aceite, ¿es una sustancia pura o es una mezcla? ¿Merecería la pena gastarse más dinero en un aceitecaro, si fuese una sustancia pura?

15.- ¿Qué diferencia existe entre un átomo y una molécula?

16.- Señala cinco sustancias que conozcas (que las tengas en tu casa) que sean elemento y otras cinco que seancompuestos.

17.- ¿Es lo mismo un compuesto que una mezcla? Explícalo.

18.- El agua potable, ¿es un elemento, un compuesto, una mezcla o una disolución? ¿Por qué?

19.- Copia en tu cuaderno ya completa la siguiente clasificación de las sustancias. Puedes completar cadarecuadro con las siguientes palabras:

PARTÍCULAS -- LA MATERIA -- ÁTOMOS -- ESTADOS -- MOLÉCULASPROPIEDADES -- SÓLIDO -- GAS -- TEORÍA ATÓMICA -- SUSTANCIASLÍQUIDO -- TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR

20.- Tienes tres recipientes: el A contiene una sustancia gaseosa; el B, una sólida y dura; el C, una sustancialíquida. En uno de ellos hay una sustancia formada por cristales, en otro una formada por moléculas y en eltercero una formada por átomos aislados. Indica a cuál corresponde cada una de ellas.

21.- Busca información sobre los símbolos de los elementos químicos: en que consisten, cómo se escriben, cuáles su origen, etc. y escribe algunos ejemplos.

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 2: LOS ESTADOS DE LA MATERIA


está formada por

están formadas por se encuentran es tres tienen diferentes

que pueden ser que se explican mediante

UNIDAD 3: CAMBIOS QUÍMICOS

1.- ¿Qué diferencia existe entre átomos y moléculas?

2.- Escribe la fórmula de los siguientes compuestos:a) Butano, formado por cuatro átomos de carbono y diez de hidrógeno.b) Fosfina, con tres átomos de hidrógeno y uno de fósforo.c) Peróxido de hidrógeno ("agua oxigenada") con dos átomos de hidrógeno y dos de oxígeno.

3.- Clasifica las siguientes sustancias como elementos y compuestos:a) Níquel (Ni) b) Agua (H2O) c) Mercurio (Hg) d) Nitrógeno (N2) e) Ozono (O3)

4.- Elabora una lista con todos los elementos químicos que son líquidos a temperatura ambiente, y con losque son gases.

5.- Explica por qué están mal escritos los símbolos de los siguientes elementos químicos:

a) Oro, O b) Plata, ag c) Plutonio, PU d) Argón, A

6.- Explica por qué la fórmula del óxido de aluminio se escribe como Al2O3 y no se puede escribir comoAl4O6 mientras que la del butano se escribe como C4H10 y no se debe escribir como C2H5.

7.- Escribe las fórmulas de las siguientes sustancias:a) Trihidruro de hierro b) Hidruro de potasio c) Disulfuro de carbono d) Dibromoe) Yoduro de sodio f) Monóxido de hierro g) Dióxido de dihidrógeno h)Amoníaco

8.- Escribe los nombres de las siguientes sustancias:a) NaH b) CH4 c) CO2 d) O3 e) Al2S3 f) SbH3 g) MgCl2

9.- Imagina que introduces una vela en un recipiente cerrado, grande, con mucho aire, y pesamos todo elconjunto en una balanza. Ahora encendemos la vela, dentro del recipiente cerrado, y la dejamos hasta quearda por completo y "desaparezca". Pesamos de nuevo todo. ¿Cuál de los dos pesos será mayor? ¿Por qué?

10.- Al arder 3 gramos de una cinta metálica de magnesio (reacción que has visto en el laboratorio) seforman 5 gramos de un residuo blanco que es óxido de magnesio (MgO). Explica por qué pesan más lascenizas que el magnesio que había al principio, y escribe la ecuación química correspondiente.

11.- Escribe dos ejemplos de reacciones químicas que sean exotérmicas y dos que sean endotérmicas.

12.- Escribe la ecuación química que represente la formación de agua a partir de hidrógeno y de oxígeno.Indica cuáles son los reactivos y cuáles los productos, y ajusta la ecuación.

13.- Indica cuáles de las siguientes ecuaciones quimicas están ajustadas, y ajusta las que no lo estén:

a) Zn + HCl -----> ZnCl2 + H2

b) Ca + O2 ------> CaO

c) CH4 + 2 O2 ------> CO2 + 2 H2O

d) CuCl2 + Zn -----> ZnCl2 + Cu

e) N2 + 3 H2 ------> NH3

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 3: CAMBIOS QUÍMICOS


UNIDAD 4: CAMBIOS FÍSICOS. MOVIMIENTOS Y FUERZAS.

1.- ¿Cómo se define la posición de un barco o de una ciudad en un mapa? ¿Qué coordenadas se toman?

¿Bastarían para definir la posición de un avión en vuelo?

2.- Imagina que viajas sentado en el asiento de un tren a 50 km/h. Describe cómo observas el movimiento:

a) De alguien que está sentado en un banco de la estación junto a la que estás pasando.

b) De un ciclista que va por el andén a 20 km/h en tu mismo sentido.

c) De un tren que viaja en sentido opuesto a 150 km/h, sin detenerse en la estación.

3.- Los ciclistas de la Vuelta a Andalucía han de subir un puerto de montaña situado a 800 m de altura para

llegar a la meta, situada en el kilómetro 187 de una carretera comarcal. La salida está situada en el kilómetro

52 de esa misma carretera. ¿Qué distancia han de recorrer? Haz un esquema del recorrido de los ciclistas.

4.-Señala el tipo de movimiento que se produce en los siguientes casos, e indica el sistema de referencia que

has utilizado:

a) Cuando te paseas en el tiovivo de una feria. b) Cuando te columpias en un columpio.

c) Cuando realizas un salto de longitud. d) Cuando ejecutas un salto de altura.

e) Cuando estás sentado en una silla del Polo Norte f) Cuando paseas en bicicleta

5.- Si viajamos desde Málaga saliendo del

kilómetro 240 de la autovía A 7 y nos

detenemos en Algeciras, que está en el

kilómetro 115, ¿qué distancia hemos

recorrido?

En la fotografía de satélite de la derecha

aparecen ambas ciudades, unidas por una

línea cuyos extremos son los puntos

kilométricos antes citados, y en el recuadro

aparecen unos datos. ¿Cuál ha sido el

desplazamiento efectuado? Haz un dibujo

explicativo.

6.- Un niño, que va en un autobús a 10 m/s, lanza una moneda verticalmente hacia arriba:

a) ¿Caerá la moneda en su mano? En ese caso, ¿qué tipo de trayectoria observará?

b) Si un amigo suyo, que está parado al borde de la carretera, lo ve pasar, ¿qué tipo de trayectoria

observará en la moneda?

7.- Una niña sale de su casa a las ocho de la mañana para ir a la panadería, que está a 200 m. Llega allí en 5

minutos y emplea otros tantos en la tienda. Regresa a casa a las 8:15 para desayunar. Sale de nuevo de casa a

las 8:25 y se dirige al instituto, que se encuentra a medio kilómetro de distancia. Ha tardado 10 minutos en el

camino.

a) Representa todos estos desplazamientos en un diagrama x-t.

b) Representa todos estos movimientos en un diagrama v-t.

c) Calcula la distancia recorrida por la niña desde que salió de casa hasta llegar al instituto.



8.- Si el autobús en que te desplazas se mueve con una rapidez media de 40 km/h y tu viaje ha durado un

cuarto de hora, ¿qué distancia has recorrido?

9.- (Sólo cálculo mental). Un coche lleva una rapidez de 60 km/h; ¿qué espacio habrá recorrido en dos

horas? (Y en media hora? ¿Y en un minuto?

10.- Un objeto se mueve con un MRU de ecuación: xf = 5 + 10 · t (en unidades S.I.). indica la posición

inicial, la rapidez con que se mueve y la posición final al cabo de 10 segundos. ¿Cuál sería su rapidez,

expresada en kilómetros por hora?

43210t (s)

x (m)11.- Un coche parte de la posición inicial

xi = 15 m, con una rapidez de 15 m/s. Escribe la ecuación del

movimiento y completa esta tabla en tu cuaderno.

12.- Representa el gráfico posición-tiempo de una moto y una bicicleta que se mueven a 80 km/h y 30 km/h

respectivamente. ¿Qué recta estará más inclinada?

x (m)

t (s)0 1 2 3

A

B 20

40

C13.- Calcula:

a) La rapidez de los móviles A y B cuyas gráficas

posición-tiempo aparecen a la derecha.

b) La ecuación del movimiento del móvil C.

c) La posición que ocupará cada móvil en el instante

t = 6 s

d) En qué instantes adelantan los móviles A y B al

móvil C.

0

5x (km)

0 5 10 15 20 25 30 t (min)

14.- Describe el movimiento de un ciclista al que le

corresponde el gráfico x-t de la derecha, y calcula su

velocidad en los tramos A, B y C. ¿Cuál ha sido el

desplazamiento efectuado?

15.- Si un asteroide se mueve con MRU y no actúa sobre él ninguna fuerza (porque está muy alejado de

cualquier astro) ¿cómo será su movimiento el añoq ue viene?

16.- Un automóvil frena y reduce su rapidez de 30 m/s a 10 m/s en cuatro segundos. ¿Qué fuerza puede

haber provocado esa reducción de rapidez? ¿Dónde la localizarías?

17.- Con un dinamómetro (un aparato que sirve para medir fuerzas) pesamos una piedra, obteniendo 49 N.

Calcula la masa de la piedra.

18.- Una astronauta tiene una masa de 50 kg. Con los datos de la tabla de la página 22 de los apuntes, indica:

a) Su masa en la Luna.

b) Su masa en Marte.

c) Su peso en la Luna.

d) Su peso en Marte.



UNIDAD 5:LA ENERGÍA (I). CALOR Y TEMPERATURA.

1.- Pon un ejemplo de sistema abierto, sistema cerrado y de sistema aislado.

2.- ¿En cuántas formas distintas pueden intencambiar energía los sistemas materiales?

3.- Identifica el tipo o tipos de energía que poseen los siguientes sistemas:a) Una lavadora centrifugando.b) Una bombilla encendida.c) Un coche que se mueve a 80 km/h.d) Una piedra que está cayendo desde una altura de 20 m.e) Una batería recargable.

4.- ¿Que tipo de energía hace funcionar los aparatos de los satélites artificiales, estando separados cientos dekilómetros de la superficie terrestre? ¿Cómo llega la energía hasta ellos?

5.- Define la unidad de energía en el S.I..

6.- Cuando se realiza un trabajo de 3000 J, ¿a cuántas calorías equivale? ¿Y expresado en kcal?.

7.- Enumera, por orden, las transformaciones de energía que tiene lugar en:a) Una central hidroeléctrica.b) Un hornillo de butano.

8.- Busca información sobre el kilovatio-hora, y su equivalencia en las otras unidades de energía que hemosdado. Busca asimismo un recibo de electricidad que tengas en casa, y anota la cantidad de energía eléctricaque has consumido en un mes, así como lo que cuesta esa electricidad.

9.- Lanzamos una flecha que queda incrustada en una diana.a) ¿Posee energía justo antes de ser lanzada? ¿Y mientras va por el aire? ¿Y al final?b) ¿Se conserva la energía?

10.- ¿Por qué cuando soltamos una pelota desde cierta altura rebota contra el suelo hasta detener sumovimiento?

11.- Calcula la energía potencial gravitatoria de una pelota de 600 g de masa cuando está en un balcón a 20m del suelo. ¿Qué energía potencial tendrá justo cuando vaya a tocar el suelo después de haberse dejadocaer? ¿A qué velocidad llega?

12.- ¿Cuándo decimos que dos sistemas han alcanzado el equilibrio térmico?

13.- Dejamos un trozo de hielo encima de una mesa. ¿Qué sistemas intercambian energía? ¿Por qué sederrite el hielo?

14.- Introducimos en un termo agua a 20ºC y un trozo de hierro a 60ºC y lo cerramos herméticamente. ¿Hayintercambio de energía? ¿Se conserva la energía? Haz un dibujo que represente el sistema antes y después depasado el tiempo.

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 5: LA ENERGÍA (I) Calor y temperatura


15.- Introducimos en un termo 1 kg de agua a 20ºC y un trozo de hierro de 1 g a la misma temperatura. ¿Hayintercambio de energía? ¿Qué le pasa a su temperatura? ¿Se conserva la energía?Haz un dibujo que represente el sistema antes y después de pasado el tiempo.

16.-.- Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y corrígelas cuando no estén bienexpresadas:

a) Los cuerpos están calientes cuando tienen calor.b) El agua de mar contiene enormes cantidades de calor.c) La llama de una vela cede calor al aire que la rodea.d) El calor es un fluido que pasa de los cuerpos calientes a los fríos.e) El calor es energía en tránsito.f) La energía térmica, a nivel microscópico, es, en realidad, movimiento.g) Las partículas que forman los cuerpos calientes ceden parte de su agitación molecular a las partículas de los cuerpos fríos.

17.- Generalmente, la energía degradada aparece como calor y ruido. Señala tres ejemplos.

18.- ¿En que propiedad se basa el funcionamiento de un termómetro de mercurio? Dibuja uno y describe sufuncionamiento.

19.- ¿Cuántos milímetros aumenta una varilla de cobre de un metro de longitud al pasar desde los 100ºChasta los 200ºC?¿Y una de plata al pasar desde los 0ºC hasta los 50ºC?

20.- Cita las tres formas de propagar el calor.

21.- Pon tres ejemplos de sustancias que son conductoras del calor y tres de aislantes.

22.- Hay aeronaves sin motor (parapentes, alas delta y planeadores) que aprovechan los movimientos delaire para desplazarse. Busca información en internet sobre el vuelo sin motor y anota cuáles son las máximasdistancias recorridas en línea recta con estos tipos de aeronaves.

23.- ¿Cuando dices: “hace mucho calor”, ¿a qué te estás refiriendo exactamente?

24.- ¿Podemos usar el sentido del tacto para medir temperaturas? ¿por qué?

25.- Cuando hace frío y viento se habla de “sensación térmica”. Busca información sobre su significado.¿Cuál sensación térmica es más baja, la que se tiene a 0ºC con vientos de 50 km/h, la que se tiene a -10ºCcon vientos de 10 km/h, o la que se tiene a -20ºC sin viento?

26.- ¿Qué diferencia hay entre las partículas de un cuerpo a temperatura alta y otro a temperatura baja?

27.- ¿Por qué la escala de Kelvin no tiene temperaturas negativas?

28.- Realiza los siguientes cambios de unidades:

200 ºFKºC

ºF200 KºC

ºFK200 ºC

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 5: LA ENERGÍA (I) Calor y temperatura


Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 6: LA ENERGÍA (II) El trabajo

UNIDAD 6: LA ENERGÍA (II). EL TRABAJO.

1.- Calcula el trabajo realizado por las siguientes fuerzas:a) El cable de un ascensor de 200 kg, que lo eleva hasta una altura de 20 metros.b) El mismo cable, sosteniendo el ascensor está parado en un piso.c) El mismo cable, cuando el ascensor baja 10 metros.

2.- La caja de la figura está desplazándose hacia la derecha a lo largo de un recorrido de 3 m, y sobre ella concurren varias fuerzas (A, B, C, D, E y F) todas ellas de 5 N orientadas en diferentes direcciones. Indica a qué fuerza corresponden los siguientes trabajos realizados: d = 3 m

a) Un trabajo de 15 J. b) Un trabajo de -15 J. c) Un trabajo de 0 J.d) Un trabajo de 10 J. e) Un trabajo de -12 J. e) Un trabajo de 4 J.

3.- Indica qué máquina es más potente: un taladro que tiene una potencia de 550 W; una batidora que realiza un trabajo de 3500 J en 8 segundos; un motor eléctrico de medio caballo de potencia.

4.- Clasifica las siguientes máquinas según el operador en el que están basadas, rueda, plano inclinado o palanca:

a) Un engranaje b) Un tornillo c) Un gato d) Un balancín e) Un piñón de bicicleta

5.- Clasifica las siguientes palancas según el género al que pertenezcan:a) Unas tenazas b) Un remo c) Unas pinzas de depilar d) Unas tijeras

6.- ¿Con qué fuerza debemos actuar sobre una palanca para levantar un peso de 200 N si el brazo de palanca mide 1 m y el de resistencia mide 30 cm?

7.- ¿Qué fuerza podremos ejercer sobre una pinza si el brazo de resistencia es el doble del brazo de potencia y ejercemos una fuerza de 6 N?

8.- Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:a) En una palanca de segundo género la potencia es siempre mayor que la resistencia.b) En una palanca de tercer género la potencia es siempre menor que la resistencia.c) En una palanca de primer género la potencia es siempre mayor que la resistencia.d) Si el brazo de potencia vale el doble que el de resistencia, la potencia vale doble que la resistencia.e) Si el brazo de resistencia vale el doble que el de potencia, la potencia vale doble que la resistencia.

9.- Ordena las siguientes máquinas térmicas según sea su eficiencia: motor eléctrico, máquina de vapor, motor diésel de cuatro tiempos, motor de explosión de dos tiempos.

10.- Ordena los diferentes tipos de carbón de mayor a menor contenido en carbono: hulla, lignito, turba, antracita. ¿Cuál ha sido el tipo de carbón más usado para mover las máquinas de vapor?

11.- Clasifica las siguientes energías en renovables y no renovables: hidráulica, carbón, petróleo, gas natural, bioalcohol, eólica, nuclear, biodiésel, maremotriz, solar.

12.- Haz una lista con, al menos, tres ventajas y tres inconvenientes de cada una de las energías citadas en la actividad anterior.


C D

A B

E F

Actividades de Física y Química, 2º de ESO Unidad 7: LAS ONDAS. La luz y el sonido.

UNIDAD 7: LAS ONDAS. LA LUZ Y EL SONIDO

1.- Desde que se ve un relámpago transcurren 9 segundos hasta que se escucha el trueno. Teniendo en cuenta la velocidad a la que se propagan la luz y el sonido en el aire, indica a qué distancia cayó :

a) Aproximadamente, a nueve kilómetros..b) Aproximadamente, a tres kilómetros.c) A más de veinte kilómetros de distancia.

2.- Indica qué afirmaciones son falsas y corrígelas cuando lo sean:a) La luz necesita materia para poder propagarse. b) Una onda propaga energía a través del espacio.c) El sonido es una onda mecánica y transversal. d) Todas las ondas pueden reflejarse y refractarse.

3.- ¿Qué es lo que cambia de una onda al producirse la refracción? Indica las respuestas que sean válidas::a) Su dirección de propagación. b) Su velocidad de propagación. c) Su frecuencia.

4.- Investiga cómo se forma un arcoiris y qué condiciones se tiene que dar para que se forme.

5.- ¿Por qué la pizarra se ve de color verde? ¿Por qué las paredes se ven de color blanco? ¿Qué ocurre cuando algo se ve de color negro? ¿De qué color veríamos un objeto que absorbiese todos los colores excepto el azul y el amarillo? 6.- Señala los objetos que emiten luz propia y los que no:

a) Un espejo. b) El planeta Marte. c) El sol. d) Una bombilla encendida. e) Las estrellas.f) La Luna. g) Las señales de tráfico.

7.- ¿Cuáles son las diferencias entre una imagen real y una virtual? La imagen que ves en un cine, ¿es real o virtual? ¿Y la que ves a través de una lente divergente?

8.- Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:a) La sensación de la visión se produce en la retina.b) El cristalino es una lente que tiene una forma que varía gracias a unos músculos.c) Las personas con miopía corrigen su visión con lentes divergentes. d) Los bastones son las células sensibles a los colores y los conos no pueden distinguirlos.e) Al ir cumpliendo años las personas pierden capacidad para enfocar objetos muy cercanos.

9.- Explica cómo se propaga el sonido en el aire. ¿Por qué crees que se propaga más rápidamente en los sólidos y líquidos que en el aire?.

10.- Indica qué cualidad del sonido estás utilizando cuando distingues:a) Una nota musical de otra.b) Una tecla del piano tocada con más fuerza que antes.b) La misma nota tocada con una flauta dulce de plástico o con una de madera.

11.- ¿Cuál es la función del tímpano? ¿Cuál es la función de la cadena de huesecillos del oído?.

12.- ¿Qué es la contaminación acústica? Señala al menos cuatro motivos por lo que es importante evitar la contaminación acústica.

13.- Un acantilado está situado a treinta metros de nosotros. Si pegásemos un grito, ¿qué se podría percibir, el eco o la reverberación? ¿Por qué?


cuaderno de física y química 2º de eso...para medir un volumen de líquido basta con echarlo en...

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