TEMA 1. LA MATERIA EN EL UNIVERSO

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1 TEMA 1. LA MATERIA EN EL UNIVERSO 1. LA MATERIA Los objetos materiales tienen en común que tienen masa y volumen. Una manzana, tu libro de matemáticas y las zapatillas de deporte son materia. Se pueden pesar y meter en una mochila o en una habitación. Recuerda que: masa y volumen. Y el aire, es materia? 46

2 1.1. Propiedades generales y específicas Vamos a ver el siguiente video: g3bsakwmq8 Ahora la Pantera Rosa nos va a ir presentando algunas propiedades de la materia, con generales o específicas? 28&v=sp2KB-UMpNM Ejemplo: la masa es una propiedad general y no permite diferenciar sustancias: se pueden tener 5 kg de hierro y 5 kg de hielo. La densidad es una propiedad específica, permite diferenciar sustancias: la densidad del aluminio es 2,7 g/cm 3, mientras que la densidad del mercurio es de 13 g/cm 3. 2

3 2. MAGNITUDES Y UNIDADES. S.I Propiedades físicas de la materia. Hay algunas magnitudes físicas que se denominan fundamentales, como por ejemplo la longitud (l), la masa (m) y el tiempo (t). Otras son magnitudes derivadas porque, como su nombre indica, derivan o proceden de otras magnitudes físicas. Por ejemplo, el área o superficie es una magnitud derivada de la longitud ya que se mide como: longitud longitud = longitud 2. Para medir una magnitud física necesitamos una unidad patrón que tenga validez universal. Hay muchas unidades patrón, aunque nosotros utilizaremos las del Sistema Internacional de Unidades (SI), que utiliza como patrón de longitud el metro (m), como unidad de masa el kilogramo (kg) y como unidad de tiempo el segundo (s). Sistema de unidades. El Sistema Internacional: un lenguaje común Un sistema de unidades es un conjunto de unidades fundamentales y unidades derivadas que guardan relación entre sí definidas y sencillas. Los sistemas de unidades se establecen con el objeto de asignar a cada magnitud una única unidad. Esta unidad debe ser constante, universal y fácil de reproducir.

4 Para establecer un sistema de unidades se elige un conjunto de magnitudes a partir de las cuales se definirán todas las demás. Estas magnitudes reciben el nombre de magnitudes fundamentales y deben ser independientes, las menos posibles y tales que a partir de ellas se puedan definir todas las demás, llamadas magnitudes derivadas. En la actualidad el sistema de unidades más utilizado es el Sistema Internacional de unidades (S.I.), aunque es frecuente utilizar muchos otros como el Sistema Cegesimal o el Sistema Anglosajón. 4

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6 3. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS. CAMBIOS DE UNIDADES. En ocasiones las unidades establecidas como unidades-patrón no resultan útiles. Por ejemplo, imagínate dar la medida de un microorganismo en metros o la distancia de la Tierra al Sol. En esta ocasión, el metro se nos quedaría demasiado grande o demasiado pequeño. Por eso, se establecen múltiplos o submúltiplos, que consisten en una serie de prefijos que se añaden a las unidades y que así las hace grandes o pequeñas. Los prefijos que nos estudiaremos en este curso, así como su símbolo y equivalencia, son: Múltiplos Prefijo Símbolo Equivalencia para obtener la unidad Ejemplo Tera T = Tm = m Giga G 10 9 = Gm = 10 9 m Mega M 10 6 = Mm = 10 6 m Kilo K 10 3 = Km = 10 3 m hecto h 10 2 = hm = 10 2 m deca da 10 1 = 10 1 dam = 10 m Submúltiplos Prefijo Símbolo Equivalencia para obtener la unidad Ejemplo deci d 10-1 = 0, 1 1 dm = 10-1 m centi c 10-2 = 0, 01 1 cm = 10-2 m mili m 10-3 = 0, mm = 10-3 m micro µ 10-6 = 0, µm = 10-6 m nano n 10-9 = 0, nm = 10-9 m pico p = 0, pm = m 6

7 3.1. Cambios de unidades: longitud, superficie y volumen Para hacer el cambio de una unidad a otra mayor o menor que ella, utilizaremos el método de los factores de conversión. Este factor es una fracción en la cual el numerador y el denominador representan medidas iguales equivalencias de las tablas anteriores- pero expresadas en unidades diferentes. LONGITUD La longitud, en el S.I., es una magnitud fundamental cuya unidad es el metro (m). Para hacer los cambios de unidades seguiremos los siguientes pasos: - Procedimiento: Para cambiar de kilómetros a metro, por ejemplo: 2,2 Km m 1. Anota la cantidad que quieres cambiar de unidad. 2,2 Km 2. Escribe a su lado una fracción que contenga esta unidad y la unidad en la que quieres convertir. Escríbela de manera que se simplifique la unidad de partida (poner al lado contario; arriba o abajo, la unidad a simplificar). En este caso es abajo. 2,2 Km. m km 3. Al lado de cada una de estas unidades añade la equivalencia con la otra. Mirar tabla de múltiplos y submúltiplos. 2,2 Km m 1km FÍJATE: el 1 SIEMPRE se le asigna a la unidad que lleve prefijo y el factor de equivalencia a la unidad sin él para poder utilizar la tabla. 4. Simplifica la unidad inicial y expresa el resultado final. 2,2 km m = 2, m 1km

8 SUPERFICIE Y VOLUMEN La superficie y volumen, en el S.I., son magnitudes derivadas cuya unidad son, respectivamente, el metro cuadrado (m 2 ) y el metro cúbico (m 3 ). Para hacer los cambios de unidades en estos casos, en los que la unidad está elevada a un exponente, debemos tenerlo en cuenta a la hora de utilizar las equivalencias de las tablas de múltiplos y submúltiplos: - Procedimiento: Para cambiar de kilómetros cuadrados a metros cuadrados, por ejemplo: 2,2 Km 2 m 2 1. Anota la cantidad que quieres cambiar de unidad. 2,2 Km 2 2. Escribe a su lado una fracción que contenga esta unidad y la unidad en la que quieres convertir. Escríbela de manera que se simplifique la unidad de partida (poner al lado contario; arriba o abajo, la unidad a simplificar). En este caso es abajo. m 2,2 Km 2. 2 km 3. Al lado de cada una de estas unidades añade la equivalencia con la otra. En esta ocasión al mirar la tabla de equivalencias, debes multiplicar el exponente de la unidad con el exponente de la equivalencia: 1 km = 10 3 m km 2 = 10 3x2 m 2 = 10 6 m 2 8

9 2,2 Km m 2 1km 2 4. Simplifica la unidad inicial y expresa el resultado final m 2,2 km 2. 2 = 2, m 2 1km En nuestra vida cotidiana es común utilizar el litro como unidad de medida del volumen. Aunque no es una unidad del S.I. debes saber que la equivalencia entre el m 3 y el L son: 1 m 3 = 10 3 L 1 ml = 1 cm 3 1 L = 1 dm 3 4. LA MEDIDA Medir es comparar una magnitud física con su correspondiente unidad patrón y averiguar las veces que la unidad patrón está contenida en la medida realizada. El resultado de una medida es un número que indica la cantidad y su unidad:

10 4.1. Instrumentos de medida La Ciencia está fundamentada en la medida de diferentes magnitudes, con lo que, normalmente cuando se quiere hacer una investigación, el científico debe utilizar algún aparato de medida en su laboratorio. Algunos de estos instrumentos fundamentales son: a) Medida de longitudes

11 b) Medida de masa Balanza granataria Es un tipo de balanza muy sensible, esto quiere decir que pesa cantidades muy pequeñas. Suelen tener capacidades de 2 ó 2,5 kg y medir con una precisión de hasta 0,1 ó 0,01 g. El uso de la balanza granataria es realmente sencillo, puesto que solo debemos tomar el objeto a medir su masa y colocarlo en el platillo con el que cuenta, viendo inmediatamente que el brazo se desequilibra. Para volverlo a equilibrar y, por tanto, saber la masa del objeto, debes ir moviendo de mayor a menor los pesos que tiene en cada una de las partes del brazo. Cuando este esté equilibrado correctamente observa dónde se han quedado cada uno de los pesos y sabrás la masa de tu objeto. c) Medida de volumen c.1. En el caso de líquidos en el laboratorio se puede utilizar diferentes instrumentos, de acuerdo con el volumen a medir así como la precisión requerida. Los más comunes son: Pipeta Tubo de vidrio, generalmente graduado y más ancho por la parte central, usado en los laboratorios para medir cantidades de líquido pequeñas. Siempre debe usarse un pipeteador como norma de seguridad Probeta La probeta es un instrumento que consiste en un cilindro graduado de vidrio que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada.

12 c.2. En el caso de sólidos se puede hacer por dos métodos: I. E. S. Gamonares (Lopera Jaén) Matemático: si es un sólido regular, es decir, tiene forma esférica o cúbica o piramidal puedes medir sus diferentes dimensiones con un calibre, regla o cinta métrica, aplicando posteriormente la correspondiente fórmula. Método de inmersión: si el sólido no es soluble en agua, sumérgelo en una probeta donde hayas introducido previamente un agua y observa hasta dónde sube esta. La resta del volumen final y el inicial te dará el volumen del sólido. 5. DENSIDAD Se trata de una propiedad específica de la materia, por lo que cada sustancia pura en unas condiciones dadas tiene su valor propio. No hay dos sustancias puras que en las mismas condiciones posean el mismo valor de la densidad, por lo que este nos sirve para identificarlas. Mide la relación entre la masa y el volumen que ocupa de una determinada sustancia pura. Es importante que te des cuenta que hablamos de sustancias puras y no de mezclas, porque aunque estas también tengan densidad esta no es una propiedad específica de la misma, ya que depende de la composición de la mezcla. Para calcular la densidad utilizaremos la fórmula: d m V kg m 3 Cuando en una fórmula veas quiere decir que después vienen las unidades en que se mide esa magnitud. 12

13 Así, la densidad de una sustancia no depende de la cantidad de materia que se escoja, aunque sí de otros factores como la temperatura y el estado físico. En la siguiente tabla tienes valores de densidades de diferentes sustancias en el sistema cegesimal (g/cm 3 ): 6. NUEVOS MATERIALES DE INTERÉS Hoy en día, debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales se ha convertido en algo más que esperanzador. Sumado Esto a la gran invención de los últimos tiempos, la nanotecnología. La nanotecnología trabaja a nivel atómico y molecular, lo que podría generar una revolución a nivel molecular en un futuro cercano. FIBRAS DE CARBONO Las fibras de carbono muy pequeñas, sumergidas en un polímero de soporte resultan un material muy liviano y sumamente resistente. Si uno lo observa a través de un microscopio, una fibra de carbono (cuyo diámetro es la centésima parte de un milímetro) es muchísimo más fino que un cabello humano. Propiedades del carbono Alta resistencia y gran flexibilidad. Baja densidad, es un material mucho más resistente y liviano que numerosos metales. Buen aislante térmico. Resistente a numerosos agentes corrosivo. Posee propiedades ignífugas. Usos cotidianos Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería.

14 CRISTALES LÍQUIDOS Mineral, como la sal común o el cuarzo, formado por la solidificación en determinadas condiciones de ciertas sustancias que han sido fundidas o disueltas y que toma la forma de un sólido geométrico más o menos regular. Los cristales líquidos son sustancias que comparten características de los líquidos y los sólidos. En un líquido, todas las moléculas pululan de forma desordenada y sin una posición fija. Por otra parte, en un sólido las moléculas se encuentran pegadas unas a otras de forma rígida, pero siguiendo algún patrón en el que se encuentran ordenadas Propiedades del cristal líquido Lamamos líquido a una sustancia que fluye y toma la forma del recipiente que la contiene; pero, por otra, a un cristal lo concebimos como sustancia sólida y rígida. De modo que, al menos intuitivamente, un cristal es precisamente lo opuesto a un líquido! Y sin embargo existen sustancias reales, los cristales líquidos, que exhiben la dualidad sólido-líquido, es decir, que, simultáneamente, poseen propiedades de los líquidos, fluidez y viscosidad, y propiedades ópticas que se parecen de modo asombroso a las de los cristales como, por ejemplo, poder reflejar colores diferentes dependiendo del ángulo bajo el cual se les observe. Usos cotidianos En medicina: Herramientas de termometría oral y cutánea, ginecología, neurología, oncología y pediatría, entre otros. En tecnología: El rápido desarrollo de la tecnología visual ha acompañado a los avances informáticos, ya que sin dichas pantallas de visualización no podríamos beneficiarnos de las capacidades del ordenador, equipos de audio, electrodomésticos y equipamiento de automóvil, incluso en tu móvil o calculadora. Las pantallas pueden estar construidos empleando diferentes tecnologías, entre otras, la LCD o la tecnología OLED. Otras aplicaciones: Los cristales líquidos también se emplean en materiales fotovoltaicos (para simplificar los procesos y fijar las células solares de manera más eficiente respetando el medio ambiente); en materiales semiconductores para células solares y en materiales de seguridad e identificación. 14