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  1. 1. 7/ Septiembre 1 Investigación: Modulo 1 “ Masas” Investigación: 1. ¿Qué es masa? Se le conoce como la cantidad de materia que posee un cuerpo, una medida constitutiva de la inercia, es la oposición o resistencia de un cuerpo a un cambio en su velocidad o la posición sobre la aplicación de una fuerza. 2. ¿Qué significa átomo? Su término en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito y Leucipo, quienes suponían que la materia estaba formada por partículas indivisibles e indestructibles. Un átomo es la unidad de partículas mas pequeñas que puede existir como sustancia simple, y que puede intervenir en una combinación química 3. ¿Cuáles son las fases físicas en las que se encuentra la materia? Se denomina materia a las sustancias que forman todos los cuerpos del universo esto se debe a que las partículas que las forman están unidas por fuerzas de atracción de diferente nivel, básicamente son 4:  Solido: (piedra, cerros, hielo, etc…) Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes, se debe a que sus partículas están unidas por fuerzas de atracción grandes, de modo que ocupan casi fijas. En estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando, pero no pueden trasladarse libremente a lo largo del sólido. Características: tienen forma y volumen definido, el movimiento de las moléculas es muy poco o nulo por estar muy juntas.  Liquido: (ríos, lagos, lagunas, etc…) Los liquidos al igual que los solidos, tienen volumen constante. En los liquidos las partículas están unidos por una fuerza de atracción menores que en los solidos, por tal motivo las partículas de un liquido pueden transladarse con libertad. Sus movimientos son desordenados pero
  2. 2. 7/ Septiembre 2 Investigación: Modulo 1 “ Masas” existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven acorde. Características: Volumen constante, adaptables, “fluidos”, movimiento constante y desordenado.  Gaseoso: (nubes, humo, aire, etc…) Igual que los liquidos, no tienen forma fija pero,a diferencia de estos su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los liquidos. En los gases, las fuerzas que une las partículas son muy pequeñas. Se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente en donde se encuentran. Sus partículas se mueven libremente de modo que ocupan todo el espacio disponible. Características: Movimiento continuo, tienen volumen y forma, constituye un fluido.  Plasma: Se denomina plasma a un gas constituido por partículas cargadas (iones) libres cuya dimensión y dinámica presentan efectos colectivos dominados por la interacción electromagnética de largo alcance entre las mismas. Su densidad es mínima y tiene la cantidad de cargas positivas y negativas, conduciendo a una neutralidad eléctrica. 4. Que es…  Fusión: proceso físico el cual consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido a estado líquido por acción de calor. Cuando se calienta un sólido se transfiere calor a los átomos, los cuales vibran con más rapidez a medida que ganan energías.  Vaporización: se presenta cuando el estado líquido cambia lentamente a estado gaseoso. Se produce a cualquier temperatura.  Solidificación: Consiste en el cambio de estado de líquido a solido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión. También se le llama solidificación al proceso de endurecimiento de materias como el cemento, la arcilla, al deshidratarse a temperatura constante.  Condensación: es el cambio de fase de la materia que se encuentra en forma gaseosa (generalmente vapores) y pasa a formar líquidos. Es el proceso inverso a la vaporización.  Sublimación: consiste en el cambio de estado de la materia solida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido o viceversa. Se puede llamar de la misma forma al proceso inverso.
  3. 3. 7/ Septiembre 3 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 5. ¿Qué diferencia hay entre masa y peso? La masa es la cantidad de materia que posee un objeto. Se divide en dos tipos “Masa inercial” y “Masa gravitacional”. El peso se refiere a la medida de la fuerza de gravedad sobre un objeto. En pocas palabras, el peso es la fuerza gravitacional que actúa sobre un cuerpo, mientras que la masa es la propiedad intrínseca que no cambia. 6. Propiedades de la materia Se dividen en dos, propiedades intensivas y extensivas.  Propiedades intensivas: Son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño del cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al dividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas. o Color: propiedad de la materia el cual le da una característica particular. Así la leche es blanca, el agua incolora, etc… o Olor: propiedad de la materia de presentar un aroma característico o ser inodora (sin olor) al presentar un aroma esta puede ser agradable o desagradable. o Sabor: propiedad por el cual la materia puede ser: dulce, salada, acida, insípida o amarga. o Brillo: se caracteriza de reflejar “brillantes” o “opacidad” absorber la luz. o Dureza: propiedad de la materia que se caracteriza porque en algunos cuerpos ofrecen resistencia a ser rayados por otros. El más duro el diamante, el más blando, por ejemplo, el talco. o Maleabilidad: propiedad por la cual algunos cuerpos se dejan reducir a laminas más delgadas. o Ductilidad: propiedad en que algunos cuerpos se dejan reducir a hilos muy finos. o Tenacidad: propiedad de la materia por la cual algunos cuerpos ofrecen resistencia a ser rotos por torsión o por tracción. o Comprensibilidad: propiedad de los gases que permiten reducir su volumen. o Tensión superficial: es una propiedad de los líquidos, es la fuerza necesaria para mantener en equilibrio una partícula de un liquido
  4. 4. 7/ Septiembre 4 Investigación: Modulo 1 “ Masas”  Propiedades Extensivas: son aquellas que si dependen de la cantidad de materia considerada, son aditivas. Son aditivas porque los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar. En general el cociente entre dos magnitudes extensivas nos dan una magnitud intensiva. Por ejemplo, la división entre masa y volumen nos da la densidad. o Masa: es la cantidad de materia contenida en los cuerpos. o Inercia: es la propiedad que poseen los cuerpos de mantener su estado de reposo o de movimiento, esto sucede hasta que una fuerza externa los forcé a cambiar. o Peso: fuerza con la que la tierra atrae a los cuerpos por la acción de la gravedad. o Volumen: es el espacio que ocupa un cuerpo. o Elasticidad: es la propiedad que tiene los cuerpos de cambiar de forma cuando son afectados por una fuerza, y regresan a su estado original cuando la fuerza ha dejado de afectar, o Impenetrabilidad: es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar. o Divisibilidad: es la propiedad donde la materia puede dividirse hasta cierto límite, el cual puede ser microscópico o macroscópico.
  5. 5. 7/ Septiembre 5 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 7. ¿Qué es elasticidad? El término de elasticidad denomina la capacidad de un cuerpo de presentar deformaciones, cuando se lo somete a fuerzas exteriores. Que pueden ocasionar que dichas deformaciones sean irreversibles, o bien, adoptar su forma de origen, natural, cuando dichas fuerzas exteriores cesan su acción o potencia. 8. ¿Que son las propiedades elásticas de los sólidos? Definimos como cuerpo elástico a aquel que recobre su tamaño y su forma original cuando deja de actuar sobre él una fuerza deformante. 9. ¿Qué es esfuerzo? Fuerza se define como una interacción entre dos cuerpos; es una cantidad física vectorial que se describe mediante los conceptos intuitivos de “empujar” y “jalar”. Desde el punto de vista de la Dinámica, cuando se aplica una fuerza a un cuerpo, el efecto que tiene dicha fuerza es darle al cuerpo una aceleración y, por tanto, cambiar el estado de reposo o de movimiento uniforme que tenía el cuerpo antes de la aplicación de la fuerza. Esto viene descrito por la Segunda Ley de Newton.
  6. 6. 7/ Septiembre 6 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 10. ¿Qué es esfuerzo de tensión? El esfuerzo de tensión es la fuerza de tensión por unidad de área F / A Deformación por tensión Es el estiramiento por unidad de longitud; es un número puro y sin unidades. Para hallar una fuerza, se emplea F = M.g, siendo g su aceleración constante (en el caso de la gravedad, el valor es 9,8 m/s^2). La unidad utilizada para el resultado es Newtons, que se expresa con la letra Nw. 11. ¿Qué es esfuerzo de comprensión? El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson). 12. ¿Qué es deformación longitudinal? Es la variación relativa de longitud, si a una barra de longitud (L) le aplicamos una fuerza de tracción (F) y la barra sufre una alargamiento ∆l se define como alargamiento o deformación longitudinal: E1: La relación entre la fuerza (F) y el alargamiento (∆l) viene dada por el coeficiente de rigidez K: F: K3∆l 13. ¿Qué es la ley de Hooke? Establece que el límite de la tensión elástica de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza. Mediante un análisis e interpretación de la Ley de Hooke se estudia aspectos relacionados con la ley de fuerzas, trabajo, fuerzas conservativas y energía de Resortes. Los resortes son un modelo bastante interesante en la interpretación de la teoría de la elasticidad.
  7. 7. 7/ Septiembre 7 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 14. ¿Qué es limite elástico? La fuerza más pequeña que produce deformación se llama límite de elasticidad . El límite de elasticidad es la máxima longitud que puede alargarse un cuerpo elástico sin que pierda sus características originales. Más allá del límite elástico las fuerzas no se pueden especificar mediante una función de energía potencial, porque las fuerzas dependen de muchos factores entre ellos el tipo de material 15. ¿Qué es módulo de Young? El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young. Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se fracciona una barra, aumenta de longitud. Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.
  8. 8. 7/ Septiembre 8 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 16. ¿Cuáles son las propiedades elásticas de los siguientes Materiales?: Material Densidad (kg/m3 ) Módulo de Young Acero 7860 200X109 Aluminio 2710 70X109 Vidrio 2190 65X109 Hormigón 2320 30X109 Madera 525 13X109 Hueso 1900 9X109 Poliestireno 1050 3X109 17. ¿Qué es hidrostática? La hidrostática o estática de fluidos es la parte de la física que estudia los fluidos en reposo. Se denominan fluidos los cuerpos que no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma de la vasija que los contiene, son líquidos o gases. Los líquidos tienen forma variable, volumen constante, son poco compresibles, y ejercen, a causa de su peso, presiones sobre las paredes del recipiente que los contienen. Se deforman con facilidad y su superficie libre tiene forma definida. Los gases no tienen volumen constante y son fácilmente compresibles. 18. Propiedades de los líquidos: a) Compresión: Se define como compresión como la facilidad con la que podemos comprimir un fluido, esto es, reducir su volumen mediante la aplicación de una presión externa. b) Expansión: La expansión es la propiedad de los gases de ocupar todo el volumen disponible, distribuyéndose homogéneamente. c) Difusión: Cuando se mezclan dos líquidos, las moléculas de uno de ellos se difunde en todas las moléculas del otro liquido de a mucho menor velocidad que cuando se mezclan dos gases. La difusión de dos líquidos se puede observarse dejando caer una pequeña cantidad de tinta en un poco de agua. Sin embargo, como las moléculas en ambos líquidos están tan cercas, cada molécula sufre miles de millones de choques antes de alejarse. La distancia promedio entre los choques se le llama trayectoria libre media y es mucho mas corta en los líquidos que en los
  9. 9. 7/ Septiembre 9 Investigación: Modulo 1 “ Masas” gases, donde las moléculas están bastantemente separadas. Debido a las constantes interrupciones en sus trayectorias moleculares, los líquidos se difunden mucho más lentamente que los gases. d) Viscosidad: Se define como la resistencia al flujo. La viscosidad de un líquido depende de las fuerzas intermoleculares: Cuantos mayores son las fuerzas intermoleculares de un líquido, sus moléculas tienen mayor dificultad de desplazarse entre sí, por lo tanto la sustancia es más viscosa. Los líquidos que están formados por moléculas largas y flexibles que pueden doblarse y enredarse entre sí, son más viscosos. e) Tensión superficial: La tensión superficial es la fuerza con que son atraídas las moléculas de la superficie de un líquido para llevarlas al interior y así disminuir el área superficial. f) Capilaridad: La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial. Las fuerzas entre las moléculas de un líquido se llaman fuerzas de cohesión y, aquellas entre las moléculas del líquido y las de la superficie de un sólido, se denominan fuerzas de adhesión, lo que les permite ascender por un tubo capilar (de diámetro muy pequeño). g) ) Adherencia: Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes que se ponen en contacto; generalmente un líquido con un sólido Generalmente las sustancias líquidas, se adhieren a los cuerpos sólidos. Cuando se presenta el fenómeno de adherencia significa que la fuerza de adhesión entre las moléculas de una misma sustancia es mayor que la fuerza de cohesión que experimentan con otra sustancia distinta, con la cual tienen contacto.
  10. 10. 7/ Septiembre 10 Investigación: Modulo 1 “ Masas” h) Densidad y peso específico: La densidad de una sustancia se define como la masa contenida en la unidad de volumen. La masa es una medida de la cantidad de materia que contiene una sustancia. La densidad, llamada también densidad de masa se expresa en kg/m3, y su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa, lo anterior puede expresarse de la siguiente forma: p = En donde: p = la densidad de la sustancia, en kg./m3 m = la masa de la sustancia, en kg. V = el volumen que ocupa la sustancia, en m3 El peso específico de una sustancia se define como el peso de la sustancia por unidad de volumen. El peso específico, llamado también densidad de peso o peso volumétrico de una sustancia se determina dividiendo el peso de la sustancia entre el volumen que ocupa, se expresa en newton/metro cúbico (N/m3). Su expresión matemática es: Pe = = = r · g En donde: Pe = peso específico de la sustancia, en N/m3. P = peso de la sustancia, en newtons. V = volumen que ocupa la sustancia, en m3. m = la masa de la sustancia, en kg. g = aceleración de la gravedad, en m/s2. 19. Presión: La presión se mide en Pascales. 1 Pascal = 1 N /1m2 Un líquido contenido en un recipiente ejerce una fuerza sobre todas las paredes del recipiente. Como la fuerza es perpendicular a la superficie de las paredes, conviene expresarla en términos de presión. Presión =
  11. 11. 7/ Septiembre 11 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 20. Presión Manométrica Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión de vacío. Para calcular la presión manométrica que hay bajo una columna de fluido, la fórmula es: Presión manométrica = g·ρ·h Donde g es la aceleración de gravedad, ρ la densidad del fluido, y "h" la altura de la columna de fluido. SI quieres la presión absoluta bajo esa columna le debes sumar a la formula anterior la presión atmosférica Presión manométrica = Presión absoluta - Presión Atmosférica 21. Presión atmosférica: La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una mezcla de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, llamada presión atmosférica. La presión atmosférica se mide con un barómetro (ver tema 3.2 presión atmosférica). La presión atmosférica varía con la altura con respecto al nivel del mar, por lo cual, al nivel del mar se tiene el máximo valor de ella, llamada presión normal y que equivale a: 1.013 x 105 N/m2 = 760 mm de Hg = 1 atmósfera (atm) 22. Presión Absoluta: En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (Pa) más la presión manométrica (Pm) (presión que se mide con el manómetro). Pab = Pa + Pm
  12. 12. 7/ Septiembre 12 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 23. ¿Qué es el principio de Pascal? Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.1 El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. 24. ¿Qué es prensa hidráulica? La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos . La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección S2, es decir: Con lo que las fuerzas serán: Con S1<S2. Por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones.
  13. 13. 7/ Septiembre 13 Investigación: Modulo 1 “ Masas” 25. Principio de Arquímedes: El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así: O bien Donde E es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales y descrito de modo simplificado) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena. 26. ¿Qué es fuerza de flotación o empuje? La fuerza de empuje es una fuerza que aparece cuando sumerges un cuerpo cualquiera en un fluido. El módulo de esta fuerza de empuje viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado. Esto es conocido como ley o principio de Arquímedes.

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