Ficha de Trabajo: Materia, masa y peso. Ciencias Físicas 1 AÑO Prof. Javier Ponce. La Materia

Transcripción

1 Ficha de Trabajo: Materia, masa y peso. Ciencias Físicas 1 AÑO Prof. Javier Ponce La Materia Definición de Materia: todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y posee masa. Todo cuanto nos rodea en la naturaleza está constituido por materia, que es lo que forma los cuerpos. La materia se nos presenta en tres estados físicos, llamados estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso, y pueden pasar de un estado a otro al variar la temperatura, produciéndose los cambios de estado. Sustancia: porción uniforme de materia con propiedades físicas definidas y constantes, con composición química invariable.

2 PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LA MATERIA La materia tiene propiedades que varían de unos cuerpos a otros. Aunque son muchas las que podemos estudiar: el color, el sabor, la dureza..., sabemos que no todas se dan en todas las sustancias; la pregunta es qué dureza tienen los líquidos?, a qué huele un trozo de hierro? O qué sabor tiene el aire? Por ello, nos vamos a centrar en dos que sí tienen todos los cuerpos, llamadas propiedades extensivas: el volumen y la masa. * Propiedades Extensivas: son aquellas que dependen de la cantidad de materia, Ej: volumen, masa. * Propiedades Intensivas: son aquellas que no dependen de la cantidad de materia, ej: densidad, punto de ebullición y fusión, calor específico, solubilidad, temperatura. Nota: SE PUEDE LLEGAR A IDENTIFICAR A UNA SUSTANCIA POR SUS PROPIEDADES INTENSIVAS SI ES CARACTERÍSTICA. Definición de Masa: La Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y su unidad en el sistema internacional es el Kilogramo (Kg), que coloquialmente llamamos Kilo, y el gramo (g). El instrumento de medida es la Balanza. La masa de un cuerpo no depende del lugar geográfico donde se mida, es propia de cada cuerpo. No debemos confundir masa con peso de un cuerpo, ya que son conceptos físicos diferentes que mezclamos al hablar. Balanza electrónica Balanza Bi-plato Balanza mono-plato Fundamento del instrumento de medida de masa, LA BALANZA: Balanza, dispositivo mecánico o electrónico empleado en hogares, laboratorios, empresas e industrias para determinar el peso o la masa (debido a la relación que existe entre ambas magnitudes) de un objeto o sustancia; también puede denominarse báscula en algunos casos. El mecanismo para pesar más sencillo es la balanza de brazos iguales, empleada por primera vez por los egipcios alrededor del 2500 a.c. Esta balanza consta de una barra, con un plato colgado de cada extremo, que se sostiene en el centro sobre un punto de apoyo. Para emplear esta balanza se coloca un objeto de peso desconocido en uno de los platos, y se van poniendo objetos de peso conocido en el otro plato hasta que la balanza esté equilibrada y la barra quede en posición horizontal. El peso y la masa del objeto son entonces los mismos que los de las pesas del otro plato.

3 Hace unos años aparecieron las balanzas denominadas romanas, que deben su nombre a haber sido inventadas por los antiguos romanos. Al igual que la balanza de brazos iguales, la romana consta de una barra sostenida en un punto de apoyo. Las pesadas se realizan equilibrando un peso conocido situado a un lado del punto de apoyo con un peso desconocido situado al otro lado. Sin embargo, al contrario que en la balanza de brazos iguales, el punto de apoyo de la romana no está en el centro; el objeto que se quiere pesar se cuelga del brazo corto, mientras que por el brazo más largo puede deslizarse una pesa (denominada pilón) acercándola o alejándola del punto de apoyo. Una vez colgado el objeto de la romana, se ajusta la posición del pilón hasta que equilibra la carga del brazo corto; la posición de la pesa, que se mide mediante marcas realizadas en el brazo largo, indica el peso del objeto. Algunas balanzas modernas que emplean los mismos principios que la balanza de brazos iguales o la romana pueden efectuar pesadas muy precisas. Las balanzas de precisión empleadas en laboratorios científicos son capaces de determinar el peso de pequeñas cantidades de material con una precisión de una millonésima de gramo. Estos dispositivos están encerrados en cajas de vidrio o plástico para evitar que las corrientes de aire o las variaciones de temperatura afecten a la pesada. Otras balanzas mecánicas empleadas en la actualidad son las balanzas de péndulo y las balanzas de resorte. En una balanza de péndulo, una plataforma está unida a un péndulo pesado. Cuando se coloca un objeto sobre la plataforma, el péndulo se desplaza hacia el lado para equilibrar la carga; una aguja fijada al péndulo indica el peso el objeto. En una báscula de resorte, la plataforma está conectada a un resorte que se estira o se comprime para equilibrar la carga colocada sobre la plataforma. Una aguja, cuya posición depende de la extensión o compresión del resorte, indica el peso de la carga. Las básculas de baño suelen ser de este tipo. Las balanzas electrónicas, que emplean electricidad para determinar el peso, son más rápidas y por lo general más precisas que las mecánicas. También pueden incorporarse a sistemas computarizados, lo que las hace más útiles y eficaces que las balanzas mecánicas en la mayoría de las aplicaciones. Un tipo de báscula electrónica bastante común emplea un elemento piezoeléctrico sensible a la deformación, un alambre delgado cuya resistencia eléctrica cambia al ser estirado o comprimido. Este sensor piezoeléctrico va fundido a una columna que sostiene la plataforma de la balanza. Cuando se coloca una carga sobre la plataforma la columna y el sensor piezoeléctrico se comprimen. El consiguiente cambio en la resistencia del sensor puede emplearse para determinar el peso del objeto. Equivalencias: UNIDAD DE MASA Kg hg dag g dg cg mg Investiga: Qué es la unidad quintal?; Cuáles fueron las distintas unidades de masa en la historia, hasta llegar al kilogramo?; Cuánto es una libra en Kg? Y una tonelada? Y un quilate? Quintal: unidad de masa que se utilizaba en España, 1 quintal equivale a 46 Kg. Quilate: Unidad de peso para las perlas y piedras preciosas, que equivale a 1/140 de onza, o sea 205 mg. 1 libra = 0,4536 Kg; 1 tonelada = 1000 Kg

4 BALANZA DE BRASOS IGUALES

5 Definición de Peso: el Peso de un cuerpo es la fuerza de atracción que ejerce la Tierra (o el astro en el que se encuentre) sobre él. La unidad de medida es el Newton (N). 1 N = Kg.m/s 2. Mediante una balanza podemos medir la masa de un cuerpo. Mediante un dinamómetro podemos medir el peso de un objeto. El peso se calcula: P = m. g donde g es la gravedad terrestre y mide 9,81 m/s. La Masa es una magnitud escalar y su unidad es el Kilogramo (Kg). Está es característica del cuerpo e independiente del lugar en donde se mida. El Peso es una magnitud vectorial (fuerza) y su unidad es el Newton (N). La gravedad en la tierra es de 9,81 m/s 2. La gravedad en la Luna es 1,67 m/s 2.

6 Construye un dinamómetro Un dinamómetro es un aparato sencillo destinado a medir fuerzas. Se basa en la relación que existe entre las fuerzas aplicadas a un cuerpo elástico y las deformaciones que se producen. Al colgar una masa en el dinamómetro, la fuerza que actúa es el propio peso del cuerpo y, ya que éste es proporcional a la masa, lo utilizaremos para medir el peso de ese cuerpo o cualquier otra fuerza. Qué necesitas Tubo de plástico Tapón de corcho Goma o muelle Trozo de alambre Rotulador Cómo construirlo Preparamos un gancho con un trozo de alambre y lo colocamos al final de la goma para poder sujetar los objetos con facilidad. Tomamos la goma y marcamos un punto en ella con un rotulador, para que nos sirva de referencia. Colocamos la goma dentro del tubo de plástico y la sujetamos con el tapón de corcho, de forma que el punto de referencia próximo al comienzo del gancho. Este será el cero de la escala. Una vez dibujada la escala el dinamómetro está listo para funcionar. Si no disponemos del tubo de plástico podemos montar la goma sobre un trozo de cartón y colocar en él la escala. Ya sólo falta calibrar el dinamómetro.

7 Cómo calibrar el dinamómetro Podemos calibrarlo en una escala de masas. Debemos tomar masas conocidas para poder ir construyendo nuestra escala, nos pueden servir las monedas de euro, por ejemplo, si previamente averiguamos su masa. Para ello, puedes utilizar una báscula de cocina o puedes ir a una tienda y pedir que te pesen 10 monedas, para averiguar lo que pesa una de ellas. También puedes calibrar una escala de fuerzas recordando que el peso de una masa de 1 kg es de 9,8 N. En los dos casos puedes ir anotando los valores en la escala ayudándote de un rotulador. Peso Peso, medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso. Los objetos diferentes son atraídos por fuerzas gravitatorias de magnitud distinta. La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión P = m g La aceleración de la gravedad, g, es la misma para todas las masas situadas en un mismo punto, pero varía ligeramente de un lugar a otro de la superficie terrestre. Por estos motivos, el peso de un objeto se puede determinar por un método comparativo (como se hace en una balanza de laboratorio) o por medición directa de la fuerza gravitatoria suspendiendo el objeto de un muelle o resorte calibrado en newtons (como se hace en una balanza de resorte). La deformación del muelle depende del valor de la aceleración de la gravedad del lugar donde se realiza la medida; por eso una balanza de resorte marca pesos diferentes para una misma masa (o cantidad de materia) en lugares con una aceleración de la gravedad diferente. Por ejemplo, cualquier objeto pesa algo más si está situado a nivel del mar que si está en la cima de una montaña, o si está cerca del polo que si está en el ecuador terrestre. Sin embargo, su masa es la misma. Si se compara el peso en la Tierra y en la Luna, las diferencias son más espectaculares. Así, un objeto con 1 kilogramo de masa, que en la Tierra pesa unos 9,8 newton (en un lugar donde g valga 9,8 m/s 2 ), pesaría solamente 1,6 newton en la Luna (donde g vale aproximadamente 1,6 m/s 2 ). Una balanza de brazos, como la que se utiliza en el laboratorio, está formada por dos platos suspendidos de una barra transversal que descansa sobre un punto de apoyo. Una aguja fijada a la barra señala cuándo los platos contienen masas idénticas. Como ambas masas se encuentran en el mismo lugar, están sometidas a la misma aceleración de la gravedad, y la medida del peso se realiza por comparación.

8 Conservación de la Materia (Conceptos a tener en cuenta) Sistema: es una porción del Universo que se separa del resto, con límites reales o imaginario claramente definido, para estudiarlo y controlarlo. Ambiente: es todo lo que rodea al sistema y puede interactuar con él. Límite: también llamado frontera; es lo que confina al sistema y lo separa del resto del Universo, estos pueden ser reales (físicos) o virtuales (imaginarios). Clasificación de Sistemas: SI INTERCAMBIA MATERIA Y/O ENERGÍA CON EL AMBIENTE. * Sistema Abierto: es aquel que intercambia materia y energía con el ambiente. * Sistema Cerrado: es aquel que intercambia energía, pero no materia con el ambiente. * Sistema Aislado: no intercambia ni materia, ni energía con el ambiente. PROPIEDADES EXTENSIVAS: son aquellas que dependen de la cantidad de materia que tenga el cuerpo. Ejemplo: masa, volumen. PROPIEDADES INTENSIVAS: son aquellas que no dependen de la cantidad de materia que constituyen al cuerpo. Se clasifican en generales (temperatura) y características (densidad, punto de ebullición, punto de fusión, calor específico, solubilidad). Clasificación de Sistemas: POR SUS PROPIEDADES INTENSIVAS. * Sistema Homogéneo: son aquellos donde las propiedades intensivas son iguales en todos sus puntos, constituido por 1 sola fase. * Sistema Heterogéneo: son aquellos donde no son iguales en todos sus puntos las propiedades intensivas, constituido por 2 o más fases. Procesos: * Procesos físicos: son aquellos procesos que no se altera la composición química de la sustancia. * Procesos Químicos: son aquellos en donde cambia la composición química de la sustancia. Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier La masa de un sistema cerrado es constante (Δm = m final m inicial = 0), aunque en el sistema se produzcan procesos físicos o químicos.

9 T.D. Buscar Información, bibliografía: sobre Lavoisier Experimento: experimento demostrativo: matraz erlenmeyer, vaso agua, globo, yasta o uvasal, balanza. (Sistema cerrado) Antoine Laurent de Lavoisier Antoine Laurent de Lavoisier ( ) El químico francés Antoine Laurent de Lavoisier está considerado como el padre de la química moderna. Se interesó sobre todo por los experimentos que permitían medir la materia. Nació el 26 de agosto de 1743 en París, y estudió en el Instituto Mazarino. Se licenció en Derecho a los 21 años. En 1765 escribió y publicó un artículo sobre cómo mejorar la iluminación de las calles de París, por el que recibió una medalla de oro de la Academia de las Ciencias. Por un artículo sobre análisis de muestras de agua fue elegido, en 1768, miembro de dicha institución, de la que llegó a ser director en 1785 y tesorero en Ese mismo año ingresó en la Ferme Générale, una agencia privada de recaudación de impuestos para el gobierno. En 1771 se casó con Marie Paulze, hija del director de dicha agencia, quien rápidamente se convirtió en su mejor colaboradora, realizando las ilustraciones para sus libros y traduciéndole artículos escritos en inglés. Lavoisier ocupó diversos cargos públicos, incluidos los de director estatal de los trabajos para la fabricación de la pólvora en 1776, miembro de una comisión para establecer un sistema uniforme de pesas y medidas en 1790 y comisario del tesoro en Trató de introducir reformas en el sistema monetario y tributario francés y en los métodos de producción agrícola. Como antiguo miembro de la Ferme Générale, fue arrestado y juzgado por el Tribunal Revolucionario y guillotinado el 8 de mayo de 1794 Lavoisier realizó los primeros experimentos químicos realmente cuantitativos. Demostró que en una reacción química, la cantidad de materia es la misma al final y al comienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de conservación de la materia (véase Leyes de conservación). También investigó la composición del agua y denominó a sus componentes oxígeno e hidrógeno. Algunos de los experimentos más importantes de Lavoisier examinaron la naturaleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con oxígeno. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas. La explicación de Lavoisier de la combustión reemplazó a la teoría del flogisto, sustancia hipotética que desprendían los materiales al arder. Con el químico francés Claude Louis Berthollet y otros, Lavoisier concibió una nomenclatura química, o sistema de nombres, que sirve de base al sistema moderno; la describió en Método de nomenclatura química (1787). En Tratado elemental de química (1789), Lavoisier aclaró el concepto de elemento como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de análisis químico conocido, y elaboró una teoría de la formación de compuestos a partir de los elementos. También escribió Sobre la combustión (1777) y Consideraciones sobre la naturaleza de los ácidos (1778).

10 Ficha de Trabajo N 5: Diferenciación entre Masa y Peso Ciencias F sica 1 año Prof. Javier Ponce Analiza las siguientes imágenes: 1. Qué observas es cada una de ellas? La masa del bloque cambió? Por qué? El peso del bloque cambió? Por qué? Qué puedes concluir de los puntos 1,2 y 3? La masa se mide con un instrumento de medida llamado y su unidad es El peso se mide con un instrumento de medida llamado y su unidad es Dibuja cada uno de los instrumentos de medida del punto 5 con su correspondiente apreciación