TEMA 3.- LA MATERIA DEL UNIVERSO y y y y y y y y

1.- LA MATERÍA Y SUS PRPIEDADES - LA CIENCIA A TRAVÉS DE LA HISTORIA 2.- LA MEDIDA DE LA MATERÍA 3.- LA DENSIDAD 4.- MATERIALES DE INTERÉS VOCABULARIO LECTURA ACTIVIDADES LECTURA

y Mª Carmen Magallón Lahoz

3.1.- LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES y Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, que tiene masa y volumen. y Una sustancia es toda porción de materia que comparte determinadas propiedades intensivas. Se emplea también el término "sustancia" para referirse a la clase de materia de la que están formados los cuerpos. y sistema físico Cuerpo o conjunto de cuerpos independientes considerados como una entidad.

y En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad física que es parte del universo observable, tiene y y

y

y y y y y y y

energía asociada, es capaz de interaccionar con los aparatos de medida, es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las leyes de la física. Clásicamente se consideraba que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa y duración en el tiempo. En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa. sistema s. m. 1 Conjunto ordenado de normas y procedimientos que regula el funcionamiento de una colectividad: el sistema de gobierno que tenemos en España es la democracia; el sistema monetario internacional regula los cambios de moneda para que sean estables y puedan efectuarse correctamente las transacciones comerciales. 2 Conjunto de reglas, principios o medidas que tienen relación entre sí. — métrico (decimal) Sistema de pesos y medidas que tiene por unidades básicas el metro, el kilogramo y el segundo. 3 Conjunto de elementos que forman un todo. — montañoso Conjunto de montañas que se considera como una unidad: los Pirineos son el sistema montañoso que separa España de Francia. — operativo Conjunto de órdenes y programas que controlan los procesos básicos de un ordenador y permiten el funcionamiento de otros programas. — periódico Conjunto de los elementos químicos ordenados en una tabla por el orden creciente de su número atómico y según sus propiedades. 4 Conjunto de órganos que intervienen en una función principal dentro del cuerpo: el sistema nervioso integra y coordina las diversas respuestas de un organismo animal, así como las actividades de todos sus órganos; el sistema inmune se encarga de la defensa del organismo ante los antígenos. 5 Medio o manera con que se hace una cosa: un buen sistema de trabajo nos ahorrará tiempo. 6 Conjunto de elementos lingüísticos que dependen unos de otros y están interrelacionados: sistema fonológico; sistema sintáctico.

PROPIEDADES DE LA MATERIA -Propiedad es una característica o atributo de un objeto o una sustancia que nos permite clasificarla como igual o distinta a otra. -Las propiedades características son aquellos atributos que nos permiten distinguir un tipo de materia de otro. -Las propiedades generales de la materia son aquellas que poseen todos los tipos de materia, sin importar las sustancias que la constituyan o el lugar en el que se encuentren, por lo que no nos permiten diferenciar los distintos tipos de sustancias. No tienen relación con el tipo de materia. Aunque son varias las propiedades generales de la materia nos vamos a centrar en dos de ellas: la masa y el volumen.

y Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia.

También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, propiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidad. y La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos: - Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican. - Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.

LA MASA y La masa es la propiedad de la materia que nos permite determinar la cantidad de

materia que posee un cuerpo. La mesa tiene más masa que la silla en la que te sientas porque tiene más materia, el lápiz contiene menos materia que la libreta y, por tanto, tiene menos masa. y La masa puede medirse en muchas unidades: libras, granos, kilates, gramos, etc. En el Sistema Internacional (abreviadamente S.I.) la masa se mide en kilogramos. No debemos confundir masa con peso. Mientras que la masa de un cuerpo no varía, sin importar el lugar en el que esté, el peso es la fuerza con la que la Tierra atrae a ese cuerpo, fuerza que varía de un sitio a otro, sobre todo con la altura, de forma que al subir una montaña, mientras que nuestra masa no varía, nuestro peso va siendo cada vez menor. En un mismo lugar, el peso y la masa son proporcionales, de forma que si un cuerpo pesa el doble que otro, tendrá el doble de masa. y Para medir la masa de un cuerpo usamos la balanza, de la que existen varios tipos: romana, de laboratorio, granatarios, electrónicas, de precisión, etc. y Los múltiplos y submúltiplos del kilogramo son los indicados en la siguiente tabla:

Nombre

Abreviatura

Equivalente en kilogramos

Equivalente en gramos

Tonelada

Tm

1.000 kg

1.000.000 g

kilogramo

kg

1 kg

1.000 g

gramo

g

0'001 kg

1g

decigramo

dg

0'0001 kg

0'1 g

centigramo

cg

0'00001 kg

0'01 g

miligramo

mg

0'000001 kg

0'001 g

VOLUMEN y Además de masa, los cuerpos tienen una extensión en el espacio, ocupan un volumen. El

volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa su materia y que no puede ser ocupado por otro cuerpo. y Al igual que la masa, el volumen puede medirse en muchas unidades: pintas, galones, arrobas, etc. pero las medidas más usadas son el litro (l) y la unidad del S.I. el metro cúbico (m3), que equivale a 1.000 litros o, lo que es lo mismo, un litro es igual que un decímetro cúbico (dm3). y Para medir el volumen de un líquido se emplean distintos recipientes graduados: probetas, buretas, matraces aforados, etc. El volumen de un sólido no es tan fácil de medir. Si se trata de un sólido regular, como un cubo o una esfera, su volumen puede calcularse a partir de sus medidas, ancho, alto y profundidad, con ayuda de las matemáticas. Si se trata de un cuerpo irregular la medición se hace de forma indirecta: si llenamos un recipiente con un líquido, al introducir en él el sólido cuyo volumen deseamos conocer, el líquido se desbordará del recipiente en tanto volumen como sea el sólido introducido. Midiendo el volumen del liquido derramado estamos midiendo el del sólido estudiado. Este método fue descubierto por Arquímedes, un sabio griego del siglo III antes de Cristo. y Las equivalencias entre los múltiplos y submúltiplos más habituales del metro cúbico y el litro aparecen en la siguiente tabla:

Nombre

Abreviatura

Equivalencia en m3

Equivalencia en l

Hectómetro cúbico

Hm3

10.000 m3

10.000.000 l

metro cúbico

m3

1 m3

1.000 l

Hectolitro

hl

0'1 m3

100 l

decímetro cúbico

dm3

0'001 m3

1l

centímetro cúbico

c.c. o cm3

0'000001 m3

0'001 l

decilitro

dl

0'0001 m3

0'1 l

centilitro

cl

0'00001 m3

0'01 l

mililitro

ml

0'000001 m3

0'001 l

PROPIEDADES ESPECÍFICAS y A simple vista podemos distinguir entre muchos tipos de sustancias: la madera, el

plástico, el oro o la plata, y muchas más. Existen, por lo tanto, características que nos permiten diferenciar los distintos tipos de materia y que reciben el nombre de propiedades características, ya que nos ayudan a caracterizar o identificar las distintas sustancias. Al contrario que propiedades generales, existen innumerables propiedades características por lo que sólo podremos considerar unas pocas, aunque nombremos muchas: color, sabor, dureza, densidad, brillo, conductividad térmica y eléctrica, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad, etc. y Para identificar una sustancia no nos bastará con conocer una de sus propiedades características, sino que habremos de identificar varias de ellas, las más importantes, y las más fáciles de determinar son: la densidad, los puntos de fusión y ebullición, relacionados con la temperatura, y la solubilidad, que también tiene que ver, de otra forma, con la temperatura. y Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

LA DENSIDAD La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0'001 m3, la densidad será de:

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será: Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

Sustancia

Densidad en kg/m3

Densidad en g/c.c.

Agua

1000

1

Aceite

920

0'92

Gasolina

680

0'68

Plomo

11300

11'3

Acero

7800

7'8

Mercurio

13600

13'6

Madera

900

0'9

Aire

1'3

0'0013

Butano

2'6

0'026

Dióxido de carbono

1'8

0'018

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

PUNTO DE FUSIÓN y Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 ºC (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca. y Igual que en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusión. SE trata de una temperatura característica de cada sustancia: el punto de fusión del agua es de 0 ºC, el alcohol funde a -117 ºC y el hierro a 1539 ºC.

Sustancia

Punto de fusión (ºC)

Punto de ebullición (ºC)

Agua

0

100

Alcohol

-117

78

Hierro

1539

2750

Cobre

1083

2600

Aluminio

660

2400

Plomo

328

1750

Mercurio

-39

357

PUNTO DE EBULLICIÓN Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de líquido a gas, sin variar la temperatura. y La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC, el del alcohol de 78 ºC y el hierro hierve a 2750 ºC. y

y Calor y Temperatura y En el lenguaje cotidiano solemos confundir los términos calor y temperatura. Así, cuando

hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud física que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto. y Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y termina convirtiéndose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tenía menor temperatura. y Como una catarata, el calor es energía que pasa entre dos cuerpos y Sin embargo, el calor no es algo que esté almacenado en el cuerpo más caliente y que pasa al cuerpo más frío. Tanto uno como otro poseen energía, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicación, etc. y recibe el nombre de energía interna. Cuando esta energía interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque están a distinta altura, de forma similar el calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro porque están a distinta temperatura.

SOLUBILIDAD Cuando viertes azúcar en el café y agitas el líquido estás preparando una disolución, una mezcla homogénea de varias sustancias. y Si en lugar de leche y azúcar usamos agua y sal el proceso es más fácil de seguir: en medio vaso de agua, al echar media cucharada de sal y agitar, la sal se disuelve y desaparece, parece que sólo tenemos agua en el vaso, aunque su sabor salado (no te recomiendo que la pruebes) nos indica que contiene sal; la sal, que es la sustancia que vamos a disolver, se denomina soluto, mientras que el agua, que es la sustancia en la que se va a dispersar la sal, se llama disolvente, el conjunto de agua y sal recibe el nombre de disolución o solución. En general, es fácil distinguir entre soluto y disolvente ya que el primero está en menor proporción. A la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de disolvente se le denomina concentración. y Puesto que la cantidad de sal (soluto) en el agua (disolvente) es poca, decimos que la disolución es diluida. Si echamos una cucharada más de sal y volvemos a agitar, la disolución se dice que está concentrada, porque hay mucha cantidad de soluto. Si volvemos a echar otras dos cucharadas de sal, por más que agitemos queda un resto de sal en el fondo del vaso, sin disolverse, la disolución está ahora saturada. La concentración de esa disolución saturada es la solubilidad de la sal. y Al calentar el agua, veremos que se disuelve más cantidad de sal: la solubilidad varía con la temperatura. Normalmente los sólidos, como la sal, el azúcar o el bicarbonato aumentan su solubilidad con la temperatura, mientras que los gases, como el dióxido de carbono o el oxígeno, la disminuyen. y

OTRAS PROPIEDADES ESPECÍFICAS y y y y y y y y y y

COLOR OLOR BRILLO TAMAÑO FORMA DUREZA FRAGILIDAD ELASTICIDAD DUCTILIDAD Las propiedades específicas nos permiten difeenciar unos materiales de otros.

La ciencia a través de la historia y COMPOSICIÓN y Podemos establecer dos tipos de composición: los átomos o elementos que lo forman y los

objetos que hay en el Universo. y 1º: Si consideramos los átomos diferentes que lo constituyen. y Elementos: que son en un 75% de Hidrógeno (H) y un 23% de Helio (He) formados durante las primeras etapas del Big-Bang. Los restantes elementos más pesados se formaron a partir de estos en el interior de las estrellas y durante las explosiones de supernovas. Átomo de Hidrógeno Átomo de Helio y Por eso, la Tierra y nosotros mismos estamos formados del residuo de otras estrellas que existieron antes: " Somos polvo de estrellas"(Carl Sagan). y Objetos: Visto a gran escala, el universo tiene el aspecto de una gran nube de espuma

blanquecina. Estos son los Supercúmulos de galaxias. Éstos a su vez están formados por Cúmulos de galaxias. En cada cúmulo hay muchas galaxias conformadas por infinidad de estrellas. A veces se ve una serie de cuerpos celestes girando alrededor de una estrella formando Sistemas planetarios. CIÓN DEL UNIVERSO

Los materiales de la Tierra y de la Luna y La teoría surgió cuando los científicos analizaron las rocas traídas a la Tierra por los astronautas del Apolo y las sondas soviéticas Luna, así como las lecturas de los sismómetros puestos en la superficie lunar para registrar los “lunamotos (sismos lunares).” y Sus estudios mostraron que la composición de la Luna se parece mucho a la del manto y la corteza de la Tierra. A partir de ello, los científicos concluyeron que un cuerpo del tamaño de Marte se estrelló en la Tierra unos millones de años después de que ésta se formara. El impacto vaporizó gran parte de los materiales del manto y la corteza de la Tierra y los lanzó al espacio, formando un anillo alrededor del planeta. Este material se aglutinó rápidamente para formar la Luna –una acompañante estable para la Tierra en su interminable viaje alrededor del Sol.

Los materiales de los planetas y Los materiales compactos están en el núcleo. Los gases, si hay, forman una atmósfera sobre la superficie. Mercurio, Venus, la Tierra, Marte y Plutón son planetas pequeños y rocosos, con densidad alta. y En general, los materiales ligeros que no se quedaron en el Sol se alejaron más que los pesados. En la nube de gas y polvo original, que giraba en espirales, había zonas más densas, proyectos de planetas. La gravedad y las colisiones llevaron más materia a estas zonas y el movimiento rotatorio las redondeó Después, los materiales y las fuerzas de cada planeta se fueron reajustando, y todavía lo hacen. Los planetas y todo el Sistema Solar continúan cambiando de aspecto.

Los materiales de las estrellas y

y y y y y y y y y

Esas estrellas, conocidas como "enanas blancas", están cubiertas por restos de asteroides que contienen los materiales a partir de los que se formaron los planetas, según el estudio preparado por investigadores de la Universidad de California. El observatorio espacial Spitzer de la NASA ha detectado con su telescopio infrarrojo un total de ocho de esas "enanas blancas", circundadas por los restos de asteroides. Según un comunicado del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA, hasta ahora los resultados sugieren que los materiales que forman la Tierra y otros cuerpos rocosos del sistema solar podrían ser muy comunes en el universo. "Si se molieran los asteroides y los planetas rocosos, se conseguiría el mismo polvo que vemos en los sistemas de estrellas", indicó Michael Jura, quien presentó los resultados del estudio ante la Sociedad Astronómica de Estados Unidos. "Esto nos dice que las estrellas tienen asteroides como los nuestros y que, por lo tanto, podrían tener planetas rocosos", agregó. Los asteroides y los planetas se forman a partir de polvo que gira en torno a estrellas jóvenes y cuando ese polvo se cohesiona forma en última instancia los planetas. Los asteroides son el material sobrante. Por otra parte, cuando una estrella como el sol se acerca al fin de su vida, se convierte en un gigante candente que consume a los planetas cercanos y altera la órbita de los asteroides y planetas externos. En sus estertores, esa estrella se encoge convirtiéndose en lo que los astrónomos llaman una "enana blanca". Spitzer observó restos de asteroides en torno a las enanas blancas con su espectrógrafo infrarrojo que le permitió establecer su constitución mineral. En los ocho sistemas observados Spitzer determinó que el polvo contiene materiales de silicio similares a la olivina que se encuentran en muchos lugares de la Tierra. "Esta es una pista que indica que el material rocoso que rodea a estas estrellas evolucionó de forma similar al nuestro", indicó Jura

MEDIDA DE LA MATERIA y Magnitud.- Característica de un cuerpo que puede ser medida, como la longitud, la superficie, la temperatura o el peso. y Medir.- Determinar el valor de una magnitud. y Unidad.- Propiedad que tienen las cosas de no poder dividirse ni fragmentarse sin alterarse o destruirse

EL SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS y El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI del francés: Le

Système International d'Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en la mayoría de los países y es la forma actual del sistema métrico decimal. El SI también es conocido como «sistema métrico», especialmente en las naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica, el mol. y Una de las principales características, que constituye la gran ventaja del SI, es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. La única excepción es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, que está definida como «la masa del prototipo internacional del kilogramo» o aquel cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas.

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas. Son las unidades utilizadas para expresar las magnitudes físicas definidas como básicas, a partir de las cuales se definen las demás: Las unidades básicas tienen múltiplos y submúltiplos, que se expresan mediante prefijos. Así, por ejemplo, la expresión «kilo» indica ‘mil’ y, por lo tanto, 1 km son 1000 m, del mismo modo que «mili» indica ‘milésima’ y, por ejemplo, 1 mA es 0,001 A.

Magnitud física básica

Símbolo dimensional

Unidad básica

Símbolo de la Unidad

Longitud

L

metro

m

Tiempo

T

segundo

s

Observaciones Se define fijando el valor de la velocidad de la luz en el vacío Se define fijando el valor de la frecuencia de la transición hyperfina del átomo de Cesio.

Masa

M

kilogramo

kg

Es la masa del «cilindro patrón» custodiado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en Sèvres (Francia).

Intensidad de corriente eléctrica

I

amperio

A

Se define fijando el valor de constante magnética.

K

Se define fijando el valor de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

mol

Se define fijando el valor de la masa molar del átomo de carbono-12 a 12 gramos/mol. Véase también número de Avogadro

cd

Véase también conceptos relacionados: lumen, lux e iluminación física

Temperatura

Cantidad de sustancia

Intensidad luminosa

Θ

N

J

kelvin

mol

candela

y Definiciones de las unidades básicas y Metro (m). Unidad de longitud. y Definición: un metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de y y y

y y

y

1/299 792 458 de segundo. Kilogramo (kg). Unidad de masa. Definición: un kilogramo es una masa igual a la almacenada en un prototipo. Segundo (s). Unidad de tiempo. Definición: el segundo es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. Ampere o amperio (A). Unidad de intensidad de corriente eléctrica. Definición: un amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2•10-7 newton por metro de longitud. Kelvin (K). Unidad de temperatura termodinámica. Definición: un kelvin es la temperatura termodinámica correspondiente a la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Mol (mol). Unidad de cantidad de sustancia. Definición: un mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando se emplea el mol, es necesario especificar las unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas. Candela (cd). Unidad de intensidad luminosa. Definición: una candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540•1012 hercios y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián.

Unidades derivadas y Ejemplos de unidades derivadas [editar] y Unidad de volumen o metro cúbico, resultado de combinar tres veces la longitud, y y

y y

una de las magnitudes básicas. Unidad de densidad o cantidad de masa por unidad de volumen, resultado de combinar la masa (magnitud básica) con el volumen (magnitud derivada). Se expresa en kilogramos por metro cúbico y no tiene nombre especial. Unidad de fuerza, magnitud que se define a partir de la segunda ley de Newton (fuerza=masa × aceleración). La masa es una de las magnitudes básicas pero la aceleración es derivada. Por tanto, la unidad resultante (kg • m • s-2) es derivada. Esta unidad derivada tiene nombre especial, newton.[1] Unidad de energía, que por definición es la fuerza necesaria para mover un objeto en una distancia de un metro, es decir fuerza por distancia. Su nombre es el julio (unidad) (joule en inglés) y su símbolo es J. Por tanto, J=N • m. En cualquier caso, siempre es posible establecer una relación entre las unidades derivadas y las básicas mediante las correspondientes ecuaciones dimensionales.

Unidades con nombre especial

(Hz). Unidad de frecuencia. Definición: un hercio es un ciclo por cada segundo.

•Hertz o hercio

•Newton (N). Unidad de fuerza. Definición: un newton es la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto cuya masa es de 1 kg. •Pascal (Pa). Unidad de presión. Definición: un pascal es la presión que ejerce una fuerza de 1 newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado normal a la misma. •Joule o julio (J). Unidad de energía, trabajo y calor. Definición: un julio es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton, cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de la fuerza. En términos eléctricos, un julio es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 voltio y con una intensidad de 1 amperio durante un tiempo de 1 segundo.

•Watt o vatio (W). Unidad de potencia. Definición: un vatio es la potencia que da lugar a una producción de energía igual a 1 julio por segundo. En términos eléctricos, un vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio. •Coulomb o culombio (C). Unidad de carga eléctrica. Definición: un culombio es la cantidad de electricidad transportada en un segundo po una corriente de un amperio de intensidad. •Volt o voltio (V). Unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz. Definición: la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia. •Ohm u ohmio (Ω). Unidad de resistencia eléctrica. Definición: un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre est dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 amperio, cuan no haya fuerza electromotriz en el conductor.

•Siemens (S). Unidad de conductancia eléctrica. Definición: un siemens es la conductancia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia. •Farad o faradio (F). Unidad de capacidad eléctrica. Definición: un faradio es la capacidad de un conductor con una diferencia de potencial de un voltio tiene como resultado una carga estática de un culombio.

•Tesla (T). Unidad de densidad de flujo magnético e intensidad de campo magnético. Definición: un tesla es una inducción magnética uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de un metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de un weber. •Weber o weberio (Wb). Unidad de flujo magnético. Definición: un weber es el flujo magnético que al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.

•Henry o henrio (H). Unidad de inductancia. Definición: un henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que varía a razón de un amperio por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un voltio. •Radián (rad). Unidad de ángulo plano. Definición: un radián es el ángulo que limita un arco de circunferencia cuya longitud es igual al radio de la circunferencia. •Estereorradián (sr). Unidad de ángulo sólido. Definición: un estereorradián es el ángulo sólido que, teniendo su vértice en el centro de una esfera, intercepta sobre la superficie de dicha esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por lado el radio de la esfera •Lumen (lm). Unidad de flujo luminoso Definición: un lumen es el flujo luminoso producido por una candela de intensidad luminosa, repartida uniformemente en un estereorradián.

•Lux (lx). Unidad de iluminancia Definición: un lux es la iluminancia producida por un lumen de flujo luminoso, en una superficie equivalente a la de un cuadrado de un metro de lado. •Becquerel o becquerelio (Bq). Unidad de actividad radiactiva Definición: un becquerel (o becquerelio) es una desintegración nuclear por segundo. •Gray (Gy). Unidad de dosis de radiación absorbida. Definición: un gray es la absorción de un julio de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado. •Sievert (Sv). Unidad de dosis de radiación absorbida equivalente Definición: un sievert es la absorción de un julio de energía ionizante por un kilogramo de tejido vivo irradiado.

•Katal (kat). Unidad de actividad catalítica Definición: un katal es la actividad catalítica responsable de la transformación de un mol de compuesto por segundo

•Grado Celsius (°C). Unidad de temperatura termodinámica. La magnitud de un grado Celsius (1 °C) es igual a la de un kelvin. Definición: , donde t es la temperatura en grados Celsius y T en kélvines.

Unidades sin nombre especial En principio, la unidades de base se pueden combinar libremente para formas otras unidades. A continuación se dan las más importantes

•Unidad de área. Definición: es el área equivalente a la de un cuadrado de 1 metro de lado. •Unidad de volumen. Definición: es el volumen equivalente al de un cubo de 1 metro de lado. •Unidad de velocidad o rapidez. Definición: un metro por segundo es la velocidad de un cuerpo que, con movimiento uniforme, recorre una longitud de un metro en 1 segundo. •Unidad de aceleración. Definición: es el aumento de velocidad regular que sufre un objeto, equivalente a un metro por segundo cada segundo. •Unidad de número de onda. Definición: es el número de onda de una radiación monocromática cuya longitud de onda es igual a 1 metro.

•Unidad de velocidad angular. Definición: es la velocidad de un cuerpo que, con una rotación uniforme alrededor de un eje fijo, gira en 1 segundo, 1 radián. •Unidad de aceleración angular. Definición: es la aceleración angular de un cuerpo animado de una rotación uniformemente variada alrededor de un eje fijo, cuya velocidad angular varía 1 radián por segundo, en 1 segundo. •Unidad de momento de fuerza y torque. Definición: es el momento o torque producido cuando una fuerza de un newton actúa un metro de distancia del eje fijo de un objeto, impulsando la rotación del mismo. •Unidad de viscosidad dinámica Definición: es la viscosidad dinámica de un fluido homogéneo, en el cual, el movimiento rectilíneo y uniforme de una superficie plana de 1 metro cuadrado, da lug a una fuerza retardatriz de 1 newton, cuando hay una diferencia de velocidad de 1 metro por segundo entre dos planos paralelos separados por 1 metro de distancia.

•Unidad de entropía Definición: es el aumento de entropía de un sistema que recibe una cantidad de calor de 1 julio, a la temperatura termodinámica constante de 1 kelvin, siempre que en el sistema no tenga lugar ninguna transformación irreversible. •Unidad de calor específico o capacidad calorífica Definición: es la cantidad de calor, medida en julios, que, en un cuerpo homogéneo de una masa de 1 kilogramo, produce una elevación de temperatura termodinámica de 1 kelvin. •Unidad de conductividad térmica Definición: es la conductividad térmica de un cuerpo homogéneo isótropo, en la que una diferencia de temperatura de 1 kelvin entre dos planos paralelos, de área 1 metro cuadrado y distantes 1 metro, produce entre estos planos un flujo térmico de 1 vatio. •Unidad de intensidad del campo eléctrico. Definición: es la intensidad de un campo eléctrico, que ejerce una fuerza de 1 newton sobre un cuerpo cargado con una cantidad de electricidad de 1 culombio. •Unidad de rendimiento luminoso. Definición: es el rendimiento luminoso obtenido de un artefacto que gasta un vatio de potencia y genera un lumen de flujo luminoso.

Equivalencia Decimal en los Prefijos del SI

Asigna ción

1 000 000 000 000 000 000 000 000

1991

1 000 000 000 000 000 000 000

1991

1 000 000 000 000 000 000

1975

1 000 000 000 000 000

1975

1 000 000 000 000

1960

1 000 000 000

1960

1 000 000 1 000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0.000 001

1960 1795 1795 1795

0.000 000 001

1960

0.000 000 000 001

1960

0.000 000 000 000 001

1964

0.000 000 000 000 000 001

1964

Miltrillonésimo

0.000 000 000 000 000 000 001

1991

Cuatrillonésimo

0.000 000 000 000 000 000 000 001

1991

1000n

10n

Prefijo

Símbolo Escala Corta

10008

1024

yotta

Y

Septillón

Cuatrillón

10007

1021

zetta

Z

Sextillón

Mil trillones

10006

1018

exa

E

Quintillón

Trillón

10005

1015

peta

P

Cuatrillón

Mil billones

10004

1012

tera

T

Trillón

Billón

10003

109

giga

G

Billón

Mil millones (o millardo)

10002 10001 10002/3 10001/3 10000 1000−1/3 1000−2/3 1000−1 1000−2

106 103 102 101 100 10−1 10−2 10−3 10−6

mega kilo hecto deca

1000−3

10−9

nano

n

Billonésimo

Milmillonésimo

1000−4

10−12

pico

p

Trillonésimo

Billonésimo

1000−5

10−15

femto

f

Cuatrillonésimo

Milbillonésimo

1000−6

10−18

atto

a

Quintillonésimo

Trillonésimo

1000−7

10−21

zepto

z

Sextillonésimo

1000−8

10−24

yocto

y

Septillonésimo

deci centi mili micro

M k h da / D ninguno d c m µ

Escala Larga

Millón Mil Centena Decena Unidad Décimo Centésimo Milésimo Millonésimo

1795 1795 1795 1960

UNIDADES DE LONGITUD y La longitud es una magnitud creada para medir la distancia entre dos puntos. y y y y y y y y y y y y y

Las unidades para medir la longitud son: Múltiplos del metro: yottametro (Ym): 1024 metros. zettametro (Zm): 1021 metros. exámetro (Em): 1018 metros. petámetro (Pm): 1015 metros. terámetro (Tm): 1012 metros. gigámetro (Gm): 109 metros. megámetro (Mm): 106 metros. miriámetro (Mam): 104 metros. kilómetro (km): 103 metros. hectómetro (hm): 102 metros. decámetro (dam): 10 metros. metro: Unidad básica del SI.

y y y y y y y y y y y y

Submúltiplos del metro: decímetro (dm): 10-1 metros. centímetro (cm): 10-2 metros. milímetro (mm): 10-3 metros. micrómetro (µm): 10-6 metros. nanómetro (nm): 10-9 metros. angstrom (Å): 10-10 metros. picómetro (pm): 10-12 metros. femtómetro o fermi (fm): 10-15 metros. attómetro (am): 10-18 metros. zeptómetro (zm): 10-21 metros. yoctómetro (ym): 10-24 metros.

Sistema inglés de medidas [editar] 1 legua

3 millas

24 furlong

240 cadenas

960 rods

5280 yardas

15 840 pies

190 080 pulgadas

1 milla

8 furlongs

80 cadenas

320 rods

1 760 yardas

5 280 pies

63 360 pulgadas

6,336x107 miles

1 furlong (estadio)

10 cadenas

40 rods

220 yardas

660 pies

7 920 pulgadas

7,92x106 miles

1 cadena

4 rods

22 yardas

66 pies

792 pulgadas

792 000 miles

1 rod (vara)

5.5 yardas

16.5 pies

198 pulgadas

198 000 miles

1 yarda

3 pies

36 pulgadas

36 000 miles

1 pie

12 pulgadas

12 000 miles

1 pulgada

1 000 miles

1 mil

0.0254 milímetros

1,9008x108 miles

UNIDADES DE MASA y La masa es una magnitud física que mide la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Las unidades de masa son:Unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI) y Yottagramo 1024 g (Yg) y y y y y y y y y y y

Zettagramo 1021 g (Zg) Exagramo 1018 g (Eg) Petagramo 1015 g (Pg) Teragramo 1012 g (Tg) Gigagramo 109 g (Gg) Megagramo o Tonelada métrica 106 g (Mg ó t) Quintal métrico 105 g (q) Miriagramo 104 Kilogramo 103 g (kg) Hectogramo 102 g (hg) Decagramo 101 g (dag) gramo, 1 g (g) decigramo, 10-1 g (dg) centigramo, 10-2 g (cg) miligramo, 10-3 g (mg) microgramo, 10-6 g (µg) nanogramo, 10-9 g (ng) picogramo, 10-12 g (pg) femtogramo, 10-15 g (fg) attogramo, 10-18 g ( ag) zeptogramo, 10-21 g (zg) yoctogramo, 10-24 g (yg)

Equivalencias en los Estados Unidos ]

Cuartos

Quintales Arrobas

Libras

Onzas

Dracmas

Granos

Tonelada estadounid 4 ense

20

80

2.000

32.000

512.000

14.000.000

Cuarto estadounid ense

5

20

500

8.000

128.000

3.500.000

Quintal estadounid ense

-

4

100

1.600

25.600

700.000

-

-

25

400

6.400

175.000

-

-

-

16

256

7.000

-

-

-

-

16

437,5

-

-

-

-

-

27,34375

Arroba Libra avoirdupoi s Onza avoirdupoi s Dracma avoirdupoi -

Unidades de capacidad y volumen y La capacidad y el volumen son términos que se encuentran estrechamente relacionados. Se

y y y y y

define la capacidad como el espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas; se define el volumen como el espacio que ocupa un cuerpo, por lo tanto, entre ambos términos existe una equivalencia que se basa en la relación entre el litro (unidad de capacidad) y el decímetro cúbico (unidad de volumen). Este hecho puede verificarse experimentalmente de la siguiente manera: si se tiene un recipiente cualquiera con agua que llegue hasta el borde y se introduce en él un cubo sólido cuya medida sea de 1 decímetro por lado, se derramará agua, la cual equivaldrá a la cantidad de agua desplazada por el cuerpo al ser introducido dentro del recipiente (el agua derramada será de 1 litro), por lo tanto, puede afirmarse que: 1 dm 3 = 1 litro (decímetro cúbico) 1 dm 3 = 1.000 cm 3 (centímetro cúbico) Un litro es definido como el volumen que ocupa una masa de un kilogramo de agua pura a 4º C de temperatura y 760 mm de presión atmosférica. Bajo estas condiciones, l litro equivale a 1,000028 dm 3.

Cuadro de las unidades de capacidad

Múltiplos

Unidad

Submúltiplos

kilolitro (kl)

1.000 litros (l)

hectolitro (hl)

100 litros

decalitro (dal)

10 litros

litro (l) decilitro (dl)

0,1 de litro

centilitro (cl)

0,001 de litro

mililitro (ml)

0,001 de litro

Unidades de Volumen Ahora bien, cuando nos referimos al volumen que ocupa un líquido, fluido, gas o sólido, hacemos mención al espacio que éstos utilizan.

El metro cúbico ( ) es la unidad principal del volumen, corresponde al volumen en un cubo que mide un metro en todos sus lados y, a diferencia de las demás unidades de medida, éstas aumentan o disminuyen de 1.000 en 1.000. Las unidades de medida que son múltiplos o submúltiplos del centímetro cúbico son:

Unidades de tiempo y Si bien no sabemos cuál es el origen del tiempo, al ser humano se le ha hecho necesario establecer algún hito que marque el inicio de éste, para con ello tener parámetros que le permitan situarse en él. y Nosotros, como mundo occidental, hemos elegido el comienzo de la era cristiana como hito de tiempo, por lo que el nacimiento de Jesús aparece como el año 0 de nuestro calendario. y En relación con las unidades de tiempo que existen, se estableció al segundo como su unidad fundamental (representado por s) y éstas agrupan en grandes cantidades de tiempo (como sería una era), o bien en sus unidades mínimas.

Tabla de Equivalencias A continuación presentamos una tabla de equivalencia de las Unidades de tiempo que hemos estudiado.

Unidad de tiempo

Equivalencia

Era

Muchos milenios (sin cantidad fija)

Edad

Varios siglos (sin cantidad fija)

Milenio

1.000 años

Siglo

Unidad de Siglos Décadas Años Meses Semanas Días tiempo

1 milenio 10

100

1000

100 años

1 siglo

10

100

1200

Década

10 años

1 década

1

10

120

520

Lustro

5 años

Año

12 meses, 365 días y 4 horas

Mes

28, 29, 30 ó 31 días

5

60

260

Semana

7 días

Día

24 horas

Hora

60 minutos, 3600 segundos

Minuto

60 segundos

Segundo

1 lustro 1 año 1 semana

1 hora

1

4

Horas Minuto Segundos s

28 a 31 7

168

60

3600

y Transformar Unidades de Tiempo y Para transformar unidades de tiempo, se pueden utilizar las horas, minutos y segundos, multiplicando o dividiendo por 60 según corresponda, tal como se muestra a continuación.

3.3.- LA DENSIDAD y En física, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.

y La densidad absoluta o densidad normal (también llamada densidad real) expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una magnitud intensiva. y donde ρ es la densidad absoluta, m es la masa y V es el volumen. y Aunque la unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3.

3.4.- MATERIALES DE INTERÉS y Debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales

se ha convertido en algo más que esperanzador, esto sumado a la gran invención de los últimos tiempos, la nanotecnologia. La nanotecnologia trabaja a nivel atómico y molecular, lo que podría generar una revolución a nivel molecular en un futuro cercano. y Maravillas del carbono El carbono, que de acuerdo con su estructura cristalina es capaz de tomar a forma del grafito o del diamante, también puede convertirse en materiales con cualidades únicas que de a poco empiezan a reemplazar a gran escala a los materiales convencionales. Fibras de carbono Las fibras de carbono muy pequeñas, sumergidas en un polímetro 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 mas fino que un cabello humano. Estructura de las fibras de carbono. y

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 ignifugas.

y Nanotubos

Una de las estrellas de la nanotecnologia son los nanotubos, láminas de carbón que se cierran sobre sí mismos, de un puñado de nanometros de diámetro, es decir, la millonésima parte de un milímetro. Los nanotubos son los materiales más resistentes conocidos, superando hasta en 100 veces al acero. Además, son excelentes conductores eléctricos, cientos de veces más eficientes que el cobre. Propiedades de los nanotubos Son las estructuras de mayor resistencia, aunque su densidad es seis veces menor que la del acero. Pueden transporta enormes cantidades de electricidad sin fundirse. Gran elasticidad. Recuperan su forma luego de ser doblados en grandes ángulos. y Humo helado El aerogel es uno de los nuevos materiales más prometedores, incluso por su aspecto nebuloso. Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano como el aire y al mismo tiempo, muy resistente, así como su sorprendente capacidad como aislante térmico. Propiedad aislante. El aerogel es un poderoso aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones. Su composición es de silicio, de carbono y de diferentes metales, aunque la mayor proporción del compuesto (hasta el 98%) siempre es aire. Algunos tipos de aerogel se trituran en un polvo tan fino que pueden bloquear las traqueas, por donde respiran los insectos. Su estructura cavernosa es un excelente filtro y es un buen catalizador. La NASA los uso para recolectar partículas del cometa Wild-2. y Metamateriales Se trata de materiales que al ser tratados y reordenados a nivel nanometrico, adquieren propiedades que no existen en la naturaleza. Su desarrollo está en las etapas iniciales y las primeras aplicaciones se asocian al campo de la óptica. y Foto: Aerogel

MATERIAL

USO

PROPIEDAD

Nitrógeno

Rellenar bombillas

Gas, no permite combustión

Neón

Tubos fluorescentes, anuncios

Ante descarga, emite luz roja muy potente

Wolframio

Filamento bombillas

Temperatura fusión muy alta

Cobre

Cables conducir electricidad

Mejor conductor electricidad

Uranio

Reactores nucleares

Desintegra, emite enorme c. de energía

Hierro, Mn, Cromo

Aceros especiales

Mezclado, produce aceros Muy elásticos

Níquel y Hierro

Cubiertos, menaje cocina

Su aleación forma el acero inoxidable

Poliuretano

Botas esquí, interior frigoríficos

Es un plástico, conserva elasticidad en frío.

Policarbonato

Visores casco motos

Es transparente y no se astilla al golpearse

Teflón

Revestimiento, interior sartenes

Polietileno

Bolsas y botellas de plástico

Resiste elevadas temperaturas, es antiadherente Es laminable y resistente a la tracción

vocabulario y y y y y y y y y y y y y y y y

Materia Sustancia Sistema Extensión y volumen Inercia y masa Peso Propiedad general Propiedad específica Magnitud Unidad Medir Medida directa Medida indirecta Magnitud fundamental Magnitud derivada Densidad

LECTURA PÁGINA 65 y El biodiésel es uno de esos viejos materiales nuevos que cada día es más necesario.

Es viejo porque se trata de un derivado de los ácidos grasos que los químicos conocen desde hace muchos años. Y es un material nuevo, porque hasta ahora era una mera curiosidad de laboratorio y ahora se ha convertido en un sustituto del gasoil. y El anunciado , y ya muy próximo, final de todas las reservas petrolíferas del mundo está forzando la marcha de los investigadores para buscar posibles sustitutos a la gasolina y al gasoil, con el fin de poder seguir utilizando nuestros maravillosos y eficientes motores de explosión. y El biodiésel utiliza dos materia primas : un aceite vegetal (no importa cuál) y el metanol (un alcohol tóxico que produce ceguera). Ambas sustancias combinadas químicamente dan un producto llamado oleato de metilo, que no es tóxico. Puede sustituir al gasoil, o mezclarse con él en cualquier proporción, para alimentar los motores diésel. y Tiene una ventaja adicional importantísima: no contamina. Porque el CO2 que desprende en su combustión es el mismo que tomaron las plantas para “fabricar” el aceite y el alcohol. Es, por tanto, una energía renovable y totalmente ecológica.

ACTIVIDADES - ¿Qué es el biodiésel?. ¿Para qué sirve?.¿Cómo se utiliza?. - ¿Cuáles son las materias primas de las que se obtiene?. - ¿Por qué razón no es contaminante si, al igual que el gasoil, produce CO2. - ¿Qué son las plantas oleaginosas?. ¿Cuántas plantas oleaginosas existen?. _