Fisico-quimica Ciclo Basico

Fisico-Química Ciclo Básico

EDUCACIÓN SECUNDARIA A DISTANCIA CICLO BÁSICO

ASIGNATURA FISICOQUIMICA

Prof. María Soledad Bustos

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Presentación y Bienvenida del Profesor Estimados Estudiantes ¡Bienvenidos a todos! Mi nombre es María Soledad Bustos. Cursé mis estudios en el Instituto Liceo Cultural Docente recibiendo el Título de Profesora para la Enseñanza Primaria y Preescolar; mientras trabajaba como docente cursé y recibí el título de Profesora en Ciencias Naturales en el Instituto Superior del Profesorado de Salta. Posteriormente hice una Actualización en Ciencias Naturales y una Especialización en Educación de Jóvenes y Adultos, ambos postítulos. Vivo en Salta Capital, con mi esposo y nuestro hijo de 10 años. Trabajo como profesora en el Instituto Liceo Cultural Docente en los niveles de EGB 3 y en el Nivel Superior No universitario de dicha institución. En el Ministerio de Educación de la provincia trabajo en Planeamiento Educativos en los subprogramas de Capacitación, Evaluación de la Calidad Educativa y Feria de Ciencias y Tecnología. Como verán mis actividades laborales son bastante variadas, y ahora el desafío de ser profesora de ustedes a través de este soporte virtual. Les cuento que la asignatura que veremos juntos, para la mayoría de las personas resulta sumamente interesante porque a través de ella podemos explicar lo que sucede en nuestro entorno y tomar decisiones a la hora de poder preservarlo y preservar nuestra propia integridad. Ayudados por los recursos que nos brinda la tecnología, el enfoque que tendremos en esta oportunidad será atractivo ya que nos valdremos de algunos de ellos para poder explicar los fenómenos fisicoquímicos que ocurren en la cotidianeidad de una manera atractiva y resolver algunos desafíos que se nos van presentando. Espero cumplir con sus expectativas y que nuestro trabajo sea productivo. Éxitos y adelante! María Soledad Bustos

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Fundamentación: Este espacio curricular está orientado a que los alumnos profundicen la comprensión de fenómenos naturales a partir del conocimiento de los modelos físicos y químicos correspondientes. Este conocimiento es el que permite, a su vez, explicar las propiedades físicas y químicas de los materiales y predecir y analizar los fenómenos que implican sus transformaciones. El tratamiento de los temas relacionados con la materia y energía no sólo facilita la comprensión de procesos naturales, sino que también ofrece una perspectiva para el abordaje de las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad. Objetivos generales: Se espera que durante el proceso de aprendizaje de este espacio curricular, Usted logre: • Reconocer el objeto de estudio y el método de la Ciencias Fisicoquímicas • Identificar los conceptos principales de la Física y la Química relacionados con materia y energía. • Relacionar calor y temperatura, explicando fenómenos cotidianos. • Comprender la naturaleza eléctrica de la materia, y explicar fenómenos relacionados con este principio. • Analizar los distintos modelos atómicos, y explicarlos. • Identificar las partículas constitutivas de un átomo. • Analizar la tabla periódica de elementos y describirla. • Explicar cómo se unen los átomos, y describir las propiedades de las diferentes uniones. • Identificar las distintas formas de intercambio de energía.

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CONTENIDOS Unidad 1. Introducción A. La Física y la Química dentro de las Ciencias de la Naturaleza. - La Ciencia y el trabajo científico: la observación, las hipótesis, la experimentación, la medida, el análisis de resultados, leyes, teorías y/o modelos. - Las magnitudes y sus unidades: el Sistema Internacional de unidades (SI). Cambio de unidades. - Los sistemas materiales y algunas de sus propiedades: estado físico, masa, volumen, densidad, temperatura. B. Las fuerzas. Tipos de fuerzas y elementos. - Efectos producidos por las fuerzas. La fuerza de rozamiento. - Suma de varias fuerzas actuando en la misma dirección. - La fuerza de la gravedad. Peso y masa. - La caída de los cuerpos. Unidad 2. Movimientos -Reposo y movimiento. Sistema de referencia. -Posición y trayectoria. -Aceleración. -Movimiento rectilíneo y uniforme (M.R.U.) -Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.) -Ecuaciones velocidad-tiempo y posición-tiempo en un M.R.U.A. -Gráficas aceleración-tiempo, velocidad-tiempo y posición-tiempo en un M.R.U.A. Unidad 3. Calor y temperatura. - Calor y temperatura. - Propagación del calor: conducción, convección y radiación. - Equilibrio térmico. Propagación del calor. - Conductores y aislantes. - Efectos producidos por el calor. Dilatación y cambios de estado. - Escalas termométricas. Manejo de un termómetro. Unidad 4. La energía. A - La energía y el cambio. La energía se transfiere. - Tipos de energía. Energía cinética, potencial, química, luminosa, calorífica, eléctrica. - Transformaciones de energía. Energía y trabajo.

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- Conservación y degradación de la energía. - Fuentes de energía alternativas. B. -Conceptos de átomo y molécula. El principio de conservación de la masa para todos los cambios. - Clasificación de las sustancias puras en simples y compuestas. Diferenciación a nivel fenomenológico y a nivel de su composición según la teoría atómico-molecular. Sustancias puras más abundantes en los seres vivos y en la materia inerte. Modalidad: Nuestra modalidad es a distancia. Es por ello que resulta sumamente importante para ustedes que participen en el Foro, en este espacio van a trabajar en forma grupal en algunas oportunidades y en otras de manera individual, además participarán de debates; etc. Materiales: El material básico son los módulos impresos. Es muy importante trabajar con ellos, pues las actividades en ellos planteadas les permitirán ir resolviendo las situaciones problemáticas para constatar de que van realizando un aprendizaje efectivo. Este abordaje cuenta también con materiales complementarios (bibliografía, audiovisuales, materiales informáticos, etc.) y en cada icono que aparezca se indicará las páginas Web que pudieran ayudar a completar la información de cada temática. Recursos: Contaremos en esta modalidad a distancia con comunicaciones a través de: el correo electrónico, podremos navegar en un entorno virtual, pues contaremos con Foros. También podremos utilizar una biblioteca virtual, en donde encontraremos material para reflexionar y discutir para así poder participar en los foros Actividades: Es conveniente que, aunque las actividades propuesta no las envíen deben realizarlas a todas ya que están estructuradas de tal manera que ustedes vayan construyendo progresivamente los nuevos concepto y puedan comprender la materia. Evaluación: La evaluación es parte del proceso de aprendizaje que ustedes están llevando a cabo, por lo tanto, estas actividades estarán planteadas a lo largo de todo el módulo, éstas formarán parte de las evaluaciones de proceso. Para ello planifiqué una evaluación al final de cada unidad a manera de que vayan realizando un seguimiento de los aprendizajes adquiridos a lo largo de la unidad, a manera de una autoevaluación de la misma. Para acreditar los conocimientos adquiridos, al finalizar el cursado de esta asignatura, deberán realizar una evaluación final que tendrá la característica de ser presencial, individual y escrita. La evaluación debe ser para ustedes y también para nosotros los tutores, una de las instancias que nos permitirá ver cuán lejos hemos llegado en esta nueva experiencia de aprendizaje virtual, pero de intercambio real de conocimientos. Referencias Bibliográficas:
Bulwik, M. y otros. “Química Activa”. Polimodal. Buenos Aires. 2001. Puerto de Palos.
Fumagalli, L. y otros. “Química”. Polimodal. Buenos Aires.2001. Estrada.
Rosemberg. “QuímicaGeneral. Teoría y problemas resueltos” Buenos Aires. 1974. Mc Graw Hill.
Nueva Enciclopedia Laroussse, Ed. Planeta, edición 1984, Tomo 4.
Nueva Enciclopedia Laroussse, Ed. Planeta, edición 1984, Tomo 5.

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Nueva Enciclopedia Laroussse, Ed. Planeta, edición 1984, Tomo 8. Nueva Enciclopedia Laroussse, Ed. Planeta, edición 1984, Tomo 10. Ciencia y Técnica, Ed. Salvat, edición 1984, Tomo 3. El pequeño Larousse, Ed. Planeta, edición 1996. Tejedor Campomanes, César, Introducción a la filosofía, 1ª ed., Madrid, Ed. SM 1996. Diccionario Manual Enciclopédico, Ed. Montaner y Simón S.A., ed. 1971, Barcelona, Tomos I y II. Gran Diccionario Enciclopédico, Ed. Grupo Libro 88,  1990 Salvat, Barcelona, Tomo IV. MASTER ENCICLOPEDIA TEMATI LOGSE, Ed. Olimpo, edición 1992, Barcelona, Tomo 8 GUÍA ESCOLAR VOX, Ed. Biblograf S.A., edición 1995, Barcelona, Tomo: Física y Química. BIOLOGÍA 2º DE BACHILLERATO, Ed. Oxford University Press España, edición 1999. WWW.FISICANET.COM Buscadores: GOOGLE, ALTAVISTA.

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INTRODUCCIÓN En esta unidad, a manera de introducción, lo que se va a tratar es de explicar en qué consiste la ciencia, el trabajo científico, cuáles son sus impulsos y sus frenos, el motivo por el cual es tan importante y está tan arraigado en nuestra sociedad, la metodología que se emplea, en qué se basan para los descubrimientos, y en todo ese tipo de cosas que hacen que se llegue a una teoría elaborada y demostrada, la cual repercute tanto en nuestra sociedad. Gracias, al trabajo científico el mundo es tal como lo concebimos hoy. DIFERENCIAS ENTRE CIENCIA Y PSEUDOCIENCIA: La ciencia es un conocimiento cierto de las cosas por sus principios y causas, por lo tanto trabaja sobre lo que nos dice la experiencia y la experimentación; mientras que la pseudociencia es una ciencia que intenta imitar a la verdadera ciencia, es decir, la verdadera ciencia corrige las deficiencias de la experiencia gracias a una observación más exacta mediante un instrumental adecuado y en cambio la pseudociencia solo se basa en la percepción (<> o <<experiencia>>), esto no es un conocimiento engañoso, pero es imperfecto, y puede estar acompañada por prejuicios y falsas creencias. Otra diferencia es que la ciencia a veces se basa en teorías que no se sacan de la experiencia, pero estas deben poder conectarse finalmente con la experiencia y en cambio la pseudociencia siempre basa sus teorías en la experiencia. CONOCIMIENTO CIENTÍFICO Y NO CIENTÍFICO: La diferencia entre un conocimiento de otro radica, en que el primero se basa en el resultado de la relación entre un sujeto cognoscente y un objeto inteligible (apto para ser conocido), y la segunda es el saber popular, es decir, el conocimiento científico es la disciplina que estudia, desde un punto de vista crítico, la estructura cognoscitiva de las ciencias ( no se ocupa de las materias particulares sino de aquellos caracteres por los que el saber científico se distingue) mediante la experimentación y la experiencia, y el no científico es un conocimiento vulgar adquirido solo por la experiencia. Un ejemplo de ello sería el siguiente: Un marinero sabe que va haber viento o mal tiempo cuando las gaviotas se van de la costa, esto se conoce como conocimiento vulgar ya que es adquirido por la experiencia, mientras que un científico sabe que va haber mal tiempo mediante un estudio y análisis de las condiciones atmosféricas usando una serie de aparatos, esto se conoce como conocimiento científico es adquirido por la experimentación y la experiencia.

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FILOSOFÍA, MITOLOGÍA Y CIENCIA: Las diferencias entre filosofía, mitología y ciencia son las siguientes: la primera es el intento del espíritu humano de establecer una concepción racional del universo mediante la autorreflexión sobre sus propias funciones valorativas, teóricas y practicas. También es el cuerpo sistemático de los primeros principios y de los conceptos generales de una determinada ciencia; la segunda es un conjunto de teorías, ideas, personas, etc., mitificadas con la función de explicar el universo y sus orígenes. A través de algo que para nosotros es irracional pero que para las antiguas civilizaciones era una forma fácil de explicar el mundo; y la tercera es el conocimiento cierto de las cosas por sus principios y causas, para saber porque ocurren de ese modo y no de otro. Esto, pero más simplificado sería, que las tres tratan de explicar la concepción del universo. Pero la primera desde un punto de vista racional, la segunda desde un punto de vista divino, místico e irreal y la tercera desde un punto de vista basado en la experimentación y la experiencia. FASES DEL MÉTODO CIENTÍFICO Y SUS CARACTERÍSTICAS En realidad, no hay un método único, sino una gran variedad de métodos, e incluso cada método puede tener infinitas variaciones. Los métodos difieren según de qué ciencia se trate, según qué tipo de problema se plantee, y, también, según la diversidad de concepciones (y hasta <>) metodológicas de los científicos. Los más importantes son el método inductivo, el método hipotético–deductivo y el método deductivo. El más usado y extendido en la comunidad científica que es el método hipotético-deductivo: LAS FASES DEL METODO HIPOTÉTICO-DEDUCTIVO A SABER SON 5: 1.º Punto de partida: descubrimiento de un PROBLEMA, y planteamiento preciso del mismo. (No se parte, pues, de hechos <> sino de hechos <<problemáticos>>: hechos que contradicen una teoría ya aceptada o que no pueden ser explicados por ella.) 2.º Intento de solución mediante la invención de una HIPÓTESIS. 3.º Deducción de las CONSECUENCIAS de la hipótesis (normalmente, predicciones empíricas que puedan hacerse con ayuda de la hipótesis). 4.º CONTRASTACIÓN de la hipótesis misma (buscando su compatibilidad con teorías ya aceptadas), y de sus consecuencias (confrontándola con datos empíricos, que pueden ser observaciones o experimentos). De este modo se pone a prueba la hipótesis. Si la contrastación tiene éxito, entonces:

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5.º CONFIRMACIÓN (siempre provisional) de la hipótesis, que se convierte en ley o teoría. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que no siempre se trata de inventar nuevas hipótesis: con frecuencia, las teorías con las que ya se cuenta permitirán resolver el problema. El cuadro siguiente permitirá comparar y contrastar los tres métodos

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¿QUÉ CARACTERÍSTICA CIENTÍFICO?

ESENCIAL

DEBE

TENER

EL

TRABAJO

La característica principal que debe tener un trabajo científico es que este apoyado y basado en una teoría o hipótesis que haya sido demostrada por el método científico, por que si no lo único que tienes son principios o leyes sin fundamento alguno, ya que no están respaldadas por un estudio y una comprobación que haga o que diga que esas leyes o teorías sean ciertas y demostrables, con lo cual carece de valor alguno para la comunidad científica, por este motivo son tan elaborados los trabajos científicos y lo que más importancia le da al trabajo científico son los puntos 2.º y 3.º del método hipotético-deductivo , que no son tan sencillos como parecen a primera vista. Al contrario, es muy complejo: incluye actividades tan diversas como la observación, la experimentación, la invención (de hipótesis), la deducción racional, etc. Además, plantea numerosas dificultades, especialmente respecto a la contrastación. EL PROBLEMA DE LA CONTRASTACIÓN La contrastación es la puesta a prueba de una hipótesis, confrontándola con los hechos. En realidad, dado que las hipótesis son enunciados universales, no es posible encontrar en el mundo nada que se corresponda con ellas. Por eso hay que deducir (de la hipótesis) hechos observables y comprobar, luego, que efectivamente se dan en la realidad. Todo esto mediante la verificación. En definitiva para que un trabajo científico tenga valor alguno tiene que haberse realizo mediante algún método científico. Ya sea inductivo, hipotético-deductivo, deductivo o cualquier otro. EL AVANCE CIENTÍFICO, SUS FRENOS Y SUS IMPULSOS He aquí sus frenos la ética y la religión, en el campo de la ética y la religión tenemos en su intento de dar respuestas, a los evolucionistas y los creacionistas que han llegado a posturas totalmente diferentes durante el siglo pasado y el actual. Por eso, hoy día no existe un verdadero consenso entre creacionistas y evolucionistas sobre el significado de términos como <>, <>, <>, etc. En consecuencia, las discusiones sobre si el creacionismo es ciencia o el evolucionismo religión, o viceversa, si el evolucionismo es ciencia y el creacionismo religión, se mantiene en pie, generalmente con abundantes malentendidos entre las partes. Un impacto inicial lo da el hecho de que muchos evolucionistas no son conscientes de que la <>, como profesión contemporánea, se ha desarrollado desde sus primeros principios impulsada principalmente por cristianos y otros teístas. Es evidente que la <<era científica>> comenzó cuando la visión aceptada del mundo fue organizada

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alrededor de creencias teístas, bajo el liderazgo de teístas como Bacon, Kepler, Newton, etc., y prosiguió con hombres como Steinmetz, Clerk-Maxwell, Einstein y Von Braun. Esta afirmación puede ser fácilmente documentada consultando numerosos autores, entre los que se puede citar a R. Hooykaas. En realidad, fueron hombres de orientación teísta los que establecieron los apropiados principios delimitadores de la actividad científica, al inaugurar campos como la mecánica, la astrofísica y la electricidad. Los primeros <> de la ciencia eran conscientes de que ésta tenía su justa limitación al ser: (1) empírica, u observacional, basada en la percepción sensorial; (2) cuantitativa, o centrada en mediciones representadas en símbolos numéricos; (3) mecánica (materialista), u organizada sobre modelos mecanicistas; y (4) correctiva, o dispuesta de manera que todos los aspectos, aparte de las presuposiciones y postulados básicos, son susceptibles de ser sometidos a ensayos y exámenes constantes. Naturalmente, los primeros científicos propusieron diversas teorías para <<explicar>> los fenómenos naturales. Las teorías primitivas, la atómica, del flogisto, del fluido eléctrico, molecular, de mezclas, se formuló en base de las observaciones entonces en vigor mediante la percepción sensorial, mediciones y modelos físicos conceptual izados. Y según su utilidad y fertilidad para la continuación de la observación y experimentación, muchas teorías fueron modificadas o marginadas al mejorar las herramientas, los instrumentos y otros métodos de análisis. No obstante, hoy día los líderes de la comunidad intelectual en el ámbito mundial basan su visión del mundo en un esquema básicamente ateo de Evolucionismo Integral, un continuo total a gran escala: Materia Eterna, sobre la cual se imagina una Evolución Molecular, de la que se supone que devino la Evolución Orgánica (o Biológica), de la que se espera que <<emerja>> la Evolución Social (o Cultural) hacia algún tipo de <>. Por eso, es sobre el trasfondo de estas presuposiciones introductorias que se ofrecen las siguientes formulaciones definitorias. Es posible que estas exposiciones constituyan el inicio catalítico de una búsqueda de consenso sobre la terminología empleada por creacionistas y evolucionistas. Básicamente, no hay necesidad de nuevas evidencias físicas sobre las ideas relevantes a cuestiones referentes al origen del universo, de la vida o de la humanidad. Y no hay hechos particulares para los científicos que sigan una visión teísta del mundo, ni para los que sigan una perspectiva atea y evolucionista integral sobre la naturaleza y origen del mundo. A continuación los modelos se basan unos y otros:

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-

Modelo evolucionista: un sistema de creencia y explicación basado en la existencia eterna de la materia, de la cual ha provenido una serie ascendente de elementos mediante la nucleogénesis, cambios mediante evolución estelar de astros <<jóvenes>> a <>, surgimiento de galaxias, planetas (especialmente la tierra con vida, que apareció espontáneamente por evolución molecular, seguida por la evolución orgánica, incluyendo la evolución humana). (Los conceptos tienen que ver con el origen del orden que tuvo que surgir del desorden y con la integración de pautas de mayor complejidad a partir de pautas de una mínima complejidad.)

-

Modelo creacionista: un sistema de creencia y explicación, basado en la existencia de un Creador eterno que estableció un universo completo, acabado y funcional en todos sus aspectos, con respecto a los elementos, galaxias, estrellas, planetas (especialmente la tierra con grupos de animales y plantas mutuamente exclusivos.) (Los conceptos tienen que ver con la conservación de las condiciones conocidas; sin embargo, hay evidentes cambios, fácilmente documentables, en el sentido de deterioro y degeneración.)

Luego también tenemos por otro lado la ética o moral sola, ya que los científicos y el pueblo en general se plantean, si ciertos experimentos o descubrimientos son correctos o no. Un ejemplo de esto, sería la clonación como método de generar órganos humanos para poder salvar personas, o de la clonación para hacer una raza humana esclava, es decir, puesto que podemos controlar la genética, entre comillas, podríamos crear subespecie para el trabajo y la servidumbre, ya que el conocimiento científico, en cierto modo se puede considerar un medio para dominar la naturaleza y ponerla al servicio del hombre. Es ahí donde entra en juego la ética humana, porque nos podemos plantear si esos conocimientos cayeran malas manos. Pues es aquí donde la sociedad se enfrenta unos dicen que sí y otros dicen que no, y se llega a la discordia, por un lado esta bien en teoría, lo de generar un clon para extraerle una determinada cosa, para curar a otra, pero eso no viable moralmente hablando, porque ese clon es un ser vivo al cual vamos a matar para salvar a otro ser humano. Otro atraso en el avance científico fue que en la Edad Media, los sabios y eruditos se preocuparon más por conservar los conocimientos de los clásicos grecorromanos que por intentar buscar respuestas o interpretaciones a los fenómenos observados. Así hasta el siglo XVIII. Los impulsos de la ciencia es la tecnología, ya que previste a ciencia de nuevos materiales más eficaces (nuevos ordenadores, nuevas maquinas analíticas, etc.) para poder analizar la realidad tal como la percibimos e incluso lo que no percibimos, todo ello gracias a los avances tecnológicos que están mucho más adelantados que la ciencia.

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Un ejemplo, los ordenadores que hoy en día están muy arraigados en las ciencias, avanzan de 5 a 6 veces más rápido que la ciencia en sí. IMPORTANCIA DE LA SUERTE Y LA CASUALIDAD EN LA INVESTIGACIÓN Y LOS AVANCES CIENTÍFICOS. EJEMPLOS Un ejemplo de ello, entre tantos por no decir todos, es el del monje agustino llamado Gregor Johann Mendel, el cual en la huerta de la abadía se dedicó a cruzar diversas especies de guisantes, al principio como pasatiempo, eh aquí el esencia de la cuestión., y por casualidad descubrió que la descendencia representaba aspecto o fenotipo uniforme, que correspondía al de uno de los parentales, al que llamó carácter dominante. Esto demuestra una vez más que los avances científicos, es cuestión de casualidad, suerte y saber interpretar los resultados de las conclusiones, porque por mucha suerte que tengas, si no tienes idea, no hay nada que hacer. El ejemplo de Mendel, era un ejemplo de casualidad, pero luego tenemos uno de suerte el Newton (la manzana). Hay, al menos, tres manzanas famosas en la historia de la humanidad: la de Adán, la de Guillermo Tell y la de Newton. La segunda representa la libertad; las otras dos, el conocimiento. Adán comió el fruto prohibido del árbol de << la ciencia del bien y del mal>>; Newton descubrió la ley escondida de un hecho cotidiano. Se dice que la primera es un símbolo de que hay límites que el hombre no debe traspasar; y se afirma que la tercera sólo es una leyenda. Pero no hay tal.Ya que Newton tuvo mucha suerte al afirmar algo, de lo cual no estaba muy seguro. Otro ejemplo, es que los descubrimientos se realizan a través de hipótesis las cuales son enunciadas a partir de cosas que no eran ciertas o del todo ciertas y se llegaban a verdades, eso se determina suerte y casualidad. IMPORTANCIA DE LA PUBLICACIÓN EN EL TRABAJO CIENTÍFICO. LA HONRADEZ EN EL TRABAJO CIENTÍFICO. La importancia de la publicación del trabajo científico radica, en que igual hay dos personas en el mundo estudiando el mismo fenómeno y uno llega a una hipótesis y otro a otra hipótesis, pero los dos se quedan estancados, pero mediante la publicación de los trabajos se pueden poner de acuerdo y trabajar con un fin común el descubrimiento de ese fenómeno, con lo cual al final avanzan más e incluso pueden resolver el enigma. Otro ejemplo de porque es importante sería que a partir de postulados de otros científicos se pueden formular y descubrir nuevas teorías apoyadas en esos trabajos, con la cual, la ciencia a la vez que avanza se complementa, es decir, unas teorías son bases de otras. Un ejemplo de esto sería la primera ley de Gay Lussac, que se baso en la ley sugerida con anterioridad en una forma semejante por Jacques Charles.

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Luego otro factor importante es ser honrado a la hora de publicar un trabajo científico ya que un científico puede llegar a una conclusión, mediante el enunciado de algún otro científico, que no llego a nada, y luego este atribuirse el merito como si el hubiera sido el verdadero descubridor o mentor de la teoría. O también lo de plagiar un trabajo, y luego sacarlo antes a luz, que el verdadero descubridor. Por este motivo se debe respetar el trabajo ajeno, puesto que los verdaderos científicos buscan la meta de saciar su curiosidad y de ayudar la humanidad con sus descubrimientos, y los no verdaderos científicos, lo único que quieren es llenarse los bolsillos de dinero y buscar la fama, con el trabajo y los descubrimientos de otros. O lo que es peor sacan a la luz descubrimientos falsos, que llevan a confusión y a una recreación de la historia ficticia lo cual no beneficia a nadie, como por ejemplo el hombre de Piltdown, sino al supuesto descubridor. Este otro motivo más por el cual hay que ser honrado, a la hora de publicar. También otro factor que importa a la hora de publicar, es que hay que ser un poco honrado y admitir que su trabajo es puro Cientismo1, y eso a veces no siempre es cierto. EVOLUCIÓN CIENTÍFICA, MODIFICACIÓN Y DESCARTE DE TEORÍAS ANTERIORES. Voy a hacer una pequeña aclaración como introducción a este apartado. Es cierto que la evolución científica se ve influenciada por la técnica, pero el indudable progreso de la técnica puede producir un cierto engaño acerca del progreso de la ciencia: Pensar que éste es de tipo acumulativo, es decir, que los nuevos conocimientos vienen a añadirse a los antiguos como las piedras de un edificio que crece indefinidamente. Pero no hay tal, cosa. La historia de la ciencia muestra, más bien, procesos de substitución: un nuevo <<cuerpo>> de teorías substituye al anterior, al cual se considera entonces como obsoleto. ¿Dónde está, pues, el supuesto <<progreso>> de la ciencia? Para Thomas S. Kuhn- en su libro La estructura de las revoluciones científicas (1962)la ciencia es obra de la comunidad de científicos, no de genios aislados. Para ingresar en dicha comunidad es preciso asimilar <>; es decir, vocabulario, datos, problemas, procedimientos, modelos de soluciones… Todo este conjunto es lo que Kuhn llamó un paradigma. La comunidad de científicos trabaja a partir de ese paradigma, que conserva como precioso tesoro; las realizaciones científicas que están dentro del paradigma contistuyen la ciencia normal. Si surgen <>

1

Cientismo: la creencia de que el único conocimiento válido y digno de crédito es el que se obtiene por medio del proceso científico; o, la creencia de que la ciencia puede ser utilizada para conseguir las respuestas a todos los problemas humanos

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(problemas irresolubles) son rechazadas como cuestiones irrelevantes; pero si las anomalías se multiplican, sobreviene una <>. Entonces, quizá, surge un paradigma rival –por ejemplo, en la astronomía de Copérnico frente a la medieval, o en la física de Einstein frente a la de Newton- que entra en conflicto con el anterior; si la comunidad científica opta por él, sobreviene una revolución científica. Y lo llamativo de la tesis de Kuhn es que la elección del nuevo paradigma posee un cierto carácter <>: se debe más a razones sociológicas y psicológicas que a exigencias racionales. Rigurosamente, pues, la nueva ciencia no es <<mejor>> que la antigua; no hay progreso en sentido estricto. La tesis de jun ha sido muy criticada, y el mismo Kuhn se vio obligado a modificarla parcialmente, matizando mejor el concepto de <<paradigma>>. En conclusión: la contrastación de las teorías con la experiencia no permite nunca, de un modo definitivo, considerar una hipótesis como <>. Al contrario, permite considerarla como <>… de momento. En esto se basa la evolución científica. En postular teorías, las cuales, hasta que no se encuentre otra que diga lo contrario estas serán valederas. Un ejemplo es la explicación del movimiento de Aristóteles, que estuvo en vigor durante 500 años desde su publicación, hasta que llego Galileo y demostró que no era cierta.

DEFINICIONES 1.- Hipótesis: Es una suposición, que se pone a la base de algo, es decir, suposición de una cosa, sea posible o imposible, para sacar de ella una consecuencia. O lo que es lo mismo una anticipación de la experiencia. También se puede decir que la hipótesis es indispensable, ya que es la << idea preconcebida >> sin la cual la experimentación no tendría utilidad ninguna. 2.- Teoría: Conjunto de leyes y reglas sistemáticamente organizadas, que son la base de un ciencia y sirven para relacionar y explicar un determinado orden de fenómenos. 3.- Ley científica: Regla constante de una cosa, nacida de la causa primera o de sus propias cualidades. O relación necesaria que enlaza entre sí fenómenos naturales. Un ejemplo de esto, es la regla constante que expresa esta relación: las leyes de la naturaleza, es decir, una hipótesis confirmada por la experimentación. 4.- Razonamiento deductivo: Serie de conceptos encaminados a demostrar una cosa, es decir, operación discursiva por la cual se concluye una o varias proposiciones implican la verdad, la probabilidad o la falsedad de otra proposición. El r. deductivo prueba una proposición particular a partir de otra más general. 5.- Razonamiento inductivo: Serie de conceptos encaminados a demostrar una cosa, es decir, operación discursiva por la cual se concluye una o varias proposiciones

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implican la verdad, la probabilidad o la falsedad de otra proposición. El r. inductivo prueba una proposición general a partir de proposiciones particulares. 6.- Variable dependiente: Elemento genérico del conjunto de valores de una función de un experimento. También pude ser una cosa que varía o es capaz de variar pero que depende de otra para hacerlo. 7.- Variable independiente: Elemento genérico del conjunto en el que está definida la función de un experimento. También pude ser una cosa que varía o es capaz de variar pero que no depende de otra para hacerlo. 8.- Experimento control: Determinación de un fenómeno u observación del mismo en determinadas condiciones, como medio de investigación científica. El exp. Control es la prueba, en toda investigación científica con la cual se compara el experimento, en la cual sólo puede variar una de las condiciones bajo las cuales se realizan estos experimentos. Únicamente en este caso puede afirmarse el efecto producido por esta variante.

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ACTIVIDADES

A) Las nuevas ideas científicas no siempre fueron bien recibidas. Este fue el caso, por ejemplo, de los estudios realizados por Nicolás Copernico (1473-1543) y por Galileo Galilei (1564-1642), cuyas teorías fueron duramente resistidas por la sociedad de su época. Copérnico y Galileo proponían la teoría heliocéntrica, según la cual la Tierra, junto con los demás planetas, giraba alrededor del Sol. Esta teoría se oponía a la teoría egocéntrica de Aristóteles y Tolomeo, que sostenía que los planetas y el Sol giraban alrededor de la Tierra. ¿Crees que en la actualidad las dos teorías podrían tener vigencia? ¿Por qué? ¿Con qué recursos científicos y tecnológicos cuentan el hombre hoy día para refutar una de estas dos teorías? B) Un granjero está preocupado buscando la manera de que sus pollos crezcan rápidamente. Para ello comienza por averiguar la composición de los alimentos balanceados de distintas marcas. Advierte entonces que la composición de nutrientes de una de esas marcas tiene una cierta cantidad de vitamina X, y que el producto que él usa habitualmente para sus pollos no tiene esta vitamina. Intrigado, el granjero decide llevar una muestra del nuevo producto para probarlo en su granja. ¿Qué hipótesis quiere probar el granjero? Diseña una experiencia que te permita poner a prueba esta hipótesis. ¿Qué tipo de datos se deberían registrar? C) Los gobiernos de algunos países disponen de los conocimientos y las herramientas necesarias para fabricar armas nucleares, pero no han difundido sus hallazgos al resto de la comunidad científica. ¿Puede considerarse esta información secreta como un conocimiento científico? ¿Por qué?

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LAS MAGNITUDES Y SUS UNIDADES Para describir los fenómenos físicos no alcanza solo con la descripción cualitativa si no que es menester recurrir a un concepto cuantitativo, esto es expresarlos como una magnitud. Recordemos que se denomina magnitud a todo fenómeno capaz de ser medido, es decir expresarlo como una cantidad numérica. Lord Kelvin, un científico inglés, decía con mucha convicción refiriéndose a los fenómenos físicos: "solo se puede hablar con propiedad , de aquello que se mide" . Medir es comparar cantidades de la misma magnitud. Por ejemplo cuando medimos una longitud comparamos la distancia desconocida con otra que ya conocemos, y que ha surgido de una cantidad convenida de longitud denominada patrón. Un patrón se adopta por convención, esto significa que un grupo de personas con conocimientos y experiencia resuelve acordar que: una cierta cantidad a la que llamamos patrón y cuyo nombre (por ejemplo el "metro") origina la unidad de referencia, será con quien deberá ser comparada cualquier otra porción de magnitud que queramos cuantificar. En el caso de la longitud, el patrón es una cantidad que todos conocemos denominada metro. Una vez establecida la unidad patrón se acuerdan los submúltiplos y múltiplos, es decir cantidades menores y mayores de la unidad en cuestión. Internacionalmente se emplea el sistema métrico decimal el cual como todos sabemos "va de diez en diez". Esto significa que se van tomado sucesivamente porciones de unidad 10 veces más chica en el caso de los submúltiplos, o 10 veces más grandes en el caso de los múltiplos. De ahí que si dividimos el metro en diez partes, cada parte se llame decímetro (simbolizado con dm), en consecuencia un metro contendrá diez decímetros, lo cual en símbolos se escribe: 1 m = 10 dm. Si el decímetro se divide en diez partes esto significa que el metro queda dividido "diez veces diez" es decir que el metro se divide en cien partes y cada parte se llama centímetro, luego en un metro contiene cien centímetros es decir: 1 m = 100 cm. La milésima parte del metro se denomina milímetro y entonces un metro contiene mil milímetros o sea: 1 m = 1000 mm. 1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm 1 m = 10 dm = 102 cm = 103 mm Un razonamiento similar conduce a los múltiplos de la unidad patrón: diez metros corresponden a un decámetro es decir 10 m = 1 dam . Cien metros corresponden a un hectómetro y mil metros a un kilómetro 10 m = 1dam 100 m = 1 hm 1000 m = 1 km Podemos observar que se utilizan prefijos para denotar las proporciones de submúltiplos y múltiplos y estos prefijos se generalizan para cualquier unidad. De ahí que, por

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ejemplo, a la milésima parte del segundo se la llame milisegundo, luego, un segundo contiene mil milisegundos es decir: 1 s = 1000 ms MÚLTIPLOS UNIDAD

relación prefijo

SUBMÚLTIPLOS

tera giga mega kilo Hecto deca unidad deci centi mili micro nano pico

símbolo proporción

t

G

M

k

1012 109 106 103

H

da

102

101

d 100

c

m

n

10-1 10-2 10-3 10-6 10-9

p 1012

MÚLTIPLOS tera

giga

12

9

10

Mega

10

1000000000000 1000000000

kilo

6

hecto

3

10

10

1000000

1000

deca

10

2

101

100

10

SUBMÚLTIPLOS deci -1

centi -2

10

10

0,1

0,01

Mili -3

micro -6

10

10

0,001

0,000001

nano -9

10

pico 10-12

0,000000001 0,000000000001

Para generalizar lo enunciado veamos algunos ejemplos: Cuando hablamos de un microsegundo nos referimos a una millonésima de segundo es decir que ("s" es la abreviatura correcta de segundo y no con la abreviatura seg como es frecuente observar) . Cinco hectolitros se escribe 5 hl ("l" es la letra "ele", abreviatura de litro) que corresponde a 5 · 102 l Ya conocemos la necesidad de adoptar unidades para realizar una medición pero ¿cuál es el sentido de emplear submúltiplos y múltiplos de dichas unidades? Supongamos que queremos indicar el espesor de un alambre cuyo diámetro es de 0,002 m , es decir "cero coma, cero, cero, dos metros" ¿no es mas sencillo decir 2 mm o sea "dos milímetros"? En general todos conocemos la distancia aproximada de Bs. As. a Mar del Plata la cual es de 400 km y no es común escuchar esa distancia expresada en metros. Ahora ¿no han escuchado expresar cantidades de magnitud en unidades diferentes a las cuales estamos correctamente acostumbrados como por ejemplo: 100 millas; 5 yardas; 120 Fahrenheit; 3 pulgadas; 8 onzas; 20 nudos, etc.?

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Si bien nosotros utilizamos el sistema internacional de unidades todavía hay naciones que aún emplean, obcecadamente, sistemas basados en otros patrones de medida, en consecuencia tenemos que encontrar el modo de traducir esas unidades a las nuestras para poder saber de que medida estamos hablando. EQUIVALENCIAS La traducción a la cual nos referimos son las equivalencias de unidades. Por ejemplo en el sistema de medida inglés la unidad es la pulgada, cantidad de longitud que corresponde a 0,0254 m o 2,54 cm o 25,4 mm etc. En otro ejemplo una onza equivale a 28,34 gramos. Además este sistema no tiene múltiplos decimales, veamos: en el caso de la longitud , un múltiplo inmediato de la pulgada es el "pie" que corresponden a 12 pulgadas, después sigue la yarda que corresponde a 3 pies, etc. como vemos la proporción no va de diez en diez. En el caso de la onza, un múltiplo inmediato es la libra que corresponde a 16 onzas

1 pulgada

2,54 cm

1 onza

28,34g

1 pie

12 pulgadas

1 yarda

3 pies

1 libra

16 onzas

CONVERSIÓN Una conversión de unidades consiste en expresar una cierta cantidad de magnitud que está dada en una cierta unidad, en otra ya sea del mismo sistema de medida o en otro. Para ello es necesario conocer las equivalencias entre las unidades en cuestión. Por ejemplo; sea una cierta cantidad de longitud, digamos 58 cm y se desea: a) expresarla en metros b) expresarla en pulgadas Comencemos con el punto a) Sabemos que:

Si pasamos el 100 dividiendo nos queda

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y 58 cm se puede escribir como:

si reemplazamos por 1 cm

nos queda 1m / 100

luego hacemos la división y queda

Tal vez pueda parecer un proceso un tanto engorroso, ya que muchos dirán "es mas fácil correr la coma y listo", sin embargo a medida que avancemos verán que es el único modo de convertir unidades mas complejas y además una vez que se aprende el mecanismo, notarán que es sencillo ya que consiste en un despeje, un reemplazo y una cuenta final. Continuemos ahora con el punto b) Sabemos que:

pasamos el 2,54 dividiendo y queda

por otro lado 58 cm se puede escribir como

si reemplazamos

por

(ya que es igual ) nos queda:

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o sea

finalmente, haciendo la cuenta de dividir resulta:

Veamos otros ejemplos... Sabemos que una hora contiene 60 minutos, a su vez un minuto contiene 60 segundos, por lo que podemos afirmar que 1 h contiene 60 veces 60 s , es decir 60 x 60 segundos lo que da un total de 3600 s . Luego podemos escribir las siguientes equivalencias: 1 h = 60 min 1 min = 60 s 1 h = 3600 s a) Supongamos que se desean saber cuantas horas corresponden 105 min: Solución 1) buscamos la relación entre horas y minutos 2) como queremos pasar de minutos a horas despejamos "min" de nuestra relación de equivalencia pasando el "60" dividiendo y nos queda:

3) luego como 105 min es lo mismo que 105 . 1min entonces remplazamos 1 min

por

y nos queda

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4) hacemos la cuenta de dividir y resulta: 1,75 h b) Se desea saber cuantos min corresponden a 18 s Solución 1) buscamos la relación entre segundos y minutos 1min = 60s 2) como queremos pasar de segundos a minutos despejamos "s" de nuestra relación de equivalencia pasando el "60" dividiendo y nos queda:

3) luego como 18 s es lo mismo que 18. 1s remplazamos 1s por

y nos

queda 4) simplificamos el 18 con el 60 y resulta: 0,3 min Veamos algunos otros ejemplos: 1) Expresar una velocidad de

en

Solución Debemos reemplazar "m" por su equivalente en "cm" arriba, y "s" por su equivalente en "min" abajo Recordar que es lo mismo que En consecuencia reemplacemos 1m y 1 s por sus correspondientes equivalencias... Luego queda:

Una vez realizados los cálculos queda

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2) Expresar una velocidad de 5 m/ s

en km/h Solución Debemos reemplazar "m" por su equivalente en "km" arriba, y "s" por su equivalente en "h" abajo es lo mismo que Recordar que En consecuencia reemplacemos 1m y 1 s por sus correspondientes equivalencias...

Recordemos que: 1000 m = 1 km 1 h = 3600 s

Luego reemplazando:

1 km 5 ⋅ 1000 1h 3600

dividendo divisor

Reacomodando la división de fracciones queda:

que es lo mismo que

resolviendo resulta

Con lo estudiado, estamos en condiciones de realizar cualquier conversión de unidades conociendo sus equivalencias, aún sin conocer el significado de dichas unidades. A continuación se sugieren algunos ejercicios Expresar en:

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1) Expresar

8

Kg en: dm 3

Kg m3 g b) cm 3 a)

2) Expresar

90

Kg m3

Rta:

8 ⋅ 10 3

Rta:

8

Rta:

25

Rta:

2,5 ⋅ 10 3

g cm 3

km en: h

m s cm b) s km c) min a)

Rta: 1,5

m s cm s

km min

LOS SISTEMAS MATERIALES Y Algunas de sus propiedades:

a) Definición: se denomina sistema material a un cuerpo o conjunto de cuerpos aislados para su estudio, es decir, una porción de universo aislada en forma real o imaginaria. b) Clasificación: se pueden clasificar según dos criterios: 1- Según su composición: i- Homogéneos: son aquellos que poseen las mismas propiedades intensivas en cualquier punto del sistema. Ejemplo: agua, alcohol, aire, etc.

ii- Heterogéneos: son aquellos que poseen propiedades diferentes en dos o más puntos del sistema; presentando superficies de discontinuidad (interfases). Ejemplo: agua con dos cubos de hielo, agua y arena, etc. iii- Inhomogéneos: son aquellos que poseen propiedades intensivas diferentes en por lo menos dos puntos del sistema pero sin superficies de discontinuidad. Ejemplo: agua de mar, aire atmosférico, etc. 2- Según el intercambio con el medio ambiente: i- Abiertos: son aquellos que intercambian materia y energía con el medio ambiente. Por ejemplo una pava con agua hirviendo. ii- Cerrados: son aquellos que solo intercambian energía con el medio ambiente. Por ejemplo, una lamparita encendida. iii- Aislados: son aquellos que no intercambian ni materia ni energía con el medio ambiente. Por ejemplo, un termo cerrado.

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c) Fase: es cada uno de los sistemas homogéneos que componen un sistema heterogéneo, separados por superficies de discontinuidad, denominadas interfases. Un sistema heterogéneo puede ser bifásico, trifásico, tetrafásico, etc. Por ejemplo, supongamos tener un sistema material formado por agua, arena, aceite, 2 clavos de hierro y 2 cubos de hielo: es un sistema heterogéneo formado por 5 fases ( hielo, aceite, agua, hierro, arena ) y 4 componentes ( agua, aceite, hierro y arena ).

Ejercicio 1: Clasifique los siguientes sistemas materiales según el intercambio con el medio ambiente: a) Una lata de gaseosa b) Una heladera cerrada c) Una conservadora. Ejercicio 2: Clasifique el siguiente sistema material, indicando tipo de sistema y fases: dos clavos de hierro, arena, alcohol, agua y sal disuelta dentro de un recipiente sin tapa.

d)- Separación de fases:

Existen varios métodos mecánicos para separar las fases de un sistema heterogéneo, dependiendo del estado de agregación de cada fase: - Solubilización: consiste en disolver uno de los componentes de una mezcla sólida, por ejemplo, arena y sal. Se agrega agua caliente, disolviéndose la sal y permaneciendo la arena insoluble. Para la separación final del sistema se emplea el método siguiente. - Filtración y Evaporación: consiste en filtrar el componente disuelto en el punto anterior y recuperarlo (arena y agua salada). Al filtrar, pasa el agua salada a través del filtro y queda la arena retenida en éste. Luego se evapora el agua quedando la sal en estado sólido en el fondo del recipiente. - Decantación: permite separar un sólido insoluble en un líquido ( por ejemplo, agua y arena) o dos líquidos inmiscibles de diferente densidad (por ejemplo, agua y aceite ). El componente más denso se ubica en la parte inferior del recipiente. Como puede verse en la figura más adelante, esto puede realizarse volcando el líquido sobrenadante en el primer caso o por medio de una ampolla de decantación en el segundo caso. - Centrifugación: es una decantación acelerada por fuerza centrífuga. Por ejemplo, si colocamos tinta china en un aparato denominado centrífuga, al girar a gran velocidad, decantan las partículas de carbón suspendidas obteniéndose las dos fases separadas:

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agua y carbón. Para la separación completa, puede realizarse posteriormente una filtración o decantación. - Levigación: se emplea para separar dos sólidos por arrastre con corriente de agua. Por ejemplo, una mezcla de corcho y arena puede separarse haciendo circular a través de él, una corriente de agua que arrastra el corcho mientras la arena permanece en su lugar. - Tamización: se utiliza para separar dos sólidos de diferente tamaño de partícula pasándolo a través de una tela denominada tamiz. Por ejemplo al tamizar sal fina y azúcar, como los cristales de sal son más pequeños que los de azúcar, pasan a través del tamiz mientras que los cristales de azúcar quedan retenidos. - Sublimación: se emplea para separar un sólido volátil de otro no volátil por sublimación. Por ejemplo, al calentar una mezcla sólida de yodo y arena, el primero volatiliza y puede recuperarse colocando sobre la mezcla una superficie fría sobre la cual condensa el vapor de yodo. - Tría: para separar cuerpos sólidos grandes mediante pinzas. Por ejemplo, para separar trozos de corcho, cubos de hielo, clavos, etc. - Imantación: se emplea para separar sólidos magnéticos de otros sólidos no magnéticos, como por ejemplo, limadura de hierro y arena. Al acercar un imán al sistema, éste retiene las partículas de limadura de hierro y puede decantarse la arena. En la figura siguiente se muestran algunos de los métodos empleados en la separación de fases:

e) Mecanismo secuencial separativo

Veamos como se plantea esquemáticamente la separación de un sistema material. Supongamos que el sistema está formado por arena, sal, limadura de hierro, limadura de aluminio y canto rodado.

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Ejercicio 4: Proponga un mecanismo secuencial separativo para el siguiente sistema material: Arena, tres clavos de hierro, sal fina, limadura de hierro, limadura de cobre y naftalina molida.

f ) Dispersiones:

Son sistemas heterogéneos bifásicos en los cuales el componente que está en mayor proporción se lo denomina fase dispersante , y el de menor proporción, fase dispersa. De acuerdo al estado de agregación de cada fase se clasifican en: Nombre Sol Sólido o Agregado Suspensión (Gel o Sol)* Aerosol Sólido Emulsión Sólida Emulsión Aerosol Líquido Espuma Sólida Espuma

Fase Dispersa Sólida Sólida Sólida Líquida Líquida Líquida Gaseosa Gaseosa

Fase Dispersante Sólida Líquida Gaseosa Sólida Líquida Gaseosa Sólida Líquida

Ejemplo Cuarzo, Rubí Tinta China (gelatina) Humo Queso Leche Nubes Piedra pómez Cremas heladas

* Cuando la gelatina está caliente tiene un aspecto líquido y el sistema se denomina sol. Las dispersiones pueden clasificarse también según el tamaño de las partículas que forman la fase dispersa en: a]- Dispersiones Groseras: la fase dispersa puede ser observada a simple vista o por medio de una lupa. Por ejemplo, bebidas gaseosas, talco y agua, azufre y limadura de hierro, etc. b]- Dispersiones Finas: son sistemas dispersos en los cuales la fase dispersa no es observable a simple vista pero sí a través de un microscopio. Dentro de este grupo se encuentran las suspensiones como la tinta china y las emulsiones como la leche. c]- Dispersiones Coloidales o Soles: son sistemas heterogéneos en los cuales la fase dispersa tiene un grado de división tal que solo puede distinguirse a través del ultramicroscopio. En este aparato, la luz incide lateralmente y las partículas suspendidas difunden la luz como puntos luminosos (efecto Tyndall). Comprenden este tipo de

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dispersiones los geles, el agua jabonosa, clara de huevo en agua, etc. d]- Dispersiones Moleculares: son sistemas dispersos que no pueden distinguirse ni aún con el ultramicroscopio. Por lo tanto, se trata en realidad de sistemas homogéneos y es el caso de las soluciones. -SISTEMAS MATERIALES HOMOGENEOS:

a]-Clasificación: Los sistemas homogéneos, de acuerdo a su composición, se clasifican en sustancias puras y soluciones. a.1]-Sustancias puras: son sistemas homogéneos con propiedades intensivas constantes que resisten los procedimientos mecánicos y físicos del análisis. Estan formadas por una sola sustancia y presentan propiedades características (propias y exclusivas) de ellas. Ejemplos: agua, sal, etc. Las sustancias puras se clasifican a su vez en: a.1.1} - Sustancias Puras Simples: son aquellas que no pueden ser separadas en otras sustancias. Constituyen este grupo las sustancias elementales o elementos: Hidrógeno, Carbono, Azufre, Oxígeno, etc. a.1.2}- Sustancias Puras Compuestas: son aquellas que pueden originar a través de reacciones de descomposición, sustancias puras simples. Es el caso del agua, el anhídrido carbónico, la sal, etc. a.2]-Soluciones: son sistemas homogéneos formados por dos o más sustancias puras o especies químicas. El componente que esta en mayor proporción, generalmente líquido, se denomina solvente o disolvente, y el que esta en menor proporción soluto. Si un soluto sólido se disuelve en un solvente líquido, se dice que es soluble, en cambio, si el soluto también es líquido entonces se dice que es miscible.

Las soluciones pueden ser separadas en las sustancias puras que las componen mediante métodos de fraccionamiento. b]-Métodos de fraccionamiento: son procesos físicos de separación.

I]- DESTILACION: consiste en transformar un líquido en vapor ( vaporización ) y luego condensarlo por enfriamiento (condensación) . Como vemos, este método involucra cambios de estados. De acuerdo al tipo de solución que se trate, pueden aplicarse distintos tipos de destilación: i-Simple: se emplea para separar el solvente, de sustancias sólidas disueltas (solutos). Este método se aplica principalmente en procesos de purificación, como por ejemplo, a partir del agua de mar puede obtenerse agua pura destilando ésta y quedando los residuos sólidos disueltos en el fondo del recipiente. En la figura siguiente se representa un aparato de destilación simple utilizado comúnmente en los laboratorios.

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ii- Fraccionada: se emplea para separar 2 o más líquidos miscibles de diferentes puntos de ebullición. El líquido de menor temperatura de ebullición destila primero. Para lograr obtener los líquidos puros se emplean columnas fraccionadoras, deflegmadoras o rectificadoras. Ej: alcohol (78.5'C) y agua (100'C).

En procesos industriales, este procedimiento se lleva a cabo dentro de grandes torres de acero, calefaccionadas por gas natural, fuel oil o vapor de agua sobrecalentado. La condensación de los vapores producidos se realiza en intercambiadores de calor o condensadores con agua fría o vapor de amoníaco. Se emplean para obtener agua destilada, fraccionamiento del petróleo en la obtención de naftas, aceites, gasoil, etc. II]- CRISTALIZACION: se emplea para separar sólidos disueltos en solventes líquidos. Puede hacerse por enfriamiento (disminución de solubilidad por descenso de temperatura) o por calentamiento (disminución de capacidad de disolución por evaporación del solvente).

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III]- CROMATOGRAFIA: se emplea para separar solutos sólidos disueltos en solventes adecuados (cloroformo, acetona, tetracloruro de carbono, etc.). Esta basado en la propiedad que tienen ciertas sustancias de absorber selectivamente a determinados solutos. Una fase, por ejemplo sólida, denominada fase fija absorbe los componentes de una mezcla. Otra fase, denominada fase móvil (líquida o gaseosa), al desplazarse sobre la fase fija arrastra los componentes de la mezcla a distinta velocidad, con lo cual se separan. Existen distintas técnicas cromatográficas: en placa, en papel, en columna (HPLG,SL,SG). En la figura siguiente se representan dos técnicas cromatogréficas sencillas:

La cromatografía en placa se emplea con fines cualitativos para identificar sustancias, mientras que la cromatografía en columna, se emplea cuantitativamente para separar sustancias. En la actualidad, se emplean equipos sofisticados denominados cromatógrafos de alta presión que mediante un sistema computarizado, identifican cuali y cuantitativamente los componentes de una mezcla.

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ACTIVIDADES 01) Un sistema material está formado por agua, arena ( # ), partículas de corcho y limaduras de hierro, indicar justificando: a) b) c) d)

si el sistema es homogéneo o heterogéneo; cantidad de fases; cantidad de componentes; los métodos de separación que se pueden utilizar para separar las fases.

02) Clasificar los siguientes sistemas en homogéneos y heterogéneos, justificando la respuesta: a) limaduras de cobre y limaduras de hierro b) sal fina y arena ( # ) c) tres trozos de hielo d) agua y aceite e) sal parcialmente disuelta en agua f) sal totalmente disuelta en agua g) azufre en polvo y una barra de azufre 03) En un recipiente se colocan medio litro de agua, remaches de aluminio y aceite. Indicar que tipo de sistema es, cuantas fases posee, cantidad de componentes y como se debe proceder, dando el nombre del método, para separar las fases. 04) Proporcione ejemplos de un sistema material constituido por a) dos fases y dos componentes b) tres fases y tres componentes c) cuatro fases y tres componentes d) cuatro fases y cuatro componentes 05) Un sistema se forma con partículas de iodo, sal común de cocina, polvo de carbón y limaduras de hierro. Proponga que métodos de separación utilizaría para separar las fases constituyentes. Justificar. 06) Proponga el ejemplo de un sistema material heterogéneo que para separar sus fases se utilicen los siguientes métodos de separación: a) tría, atracción magnética y filtración b) tría y levigación c) sublimación, disolución y filtración d) tamización y levigación

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07) Caracterizar al sistema material constituido por un anillo de oro con una esmeralda y ocho brillantes. ( # ) Suponer que la arena está formada a partir de un solo componente

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LAS FUERZAS La palabra fuerza es empleada normalmente al hablar; las fuerzas se utilizan para referirse a una acción que realiza una persona o una máquina. Una fuerza puede: - Iniciar el movimiento de un cuerpo. - Variar su velocidad, acelerando o frenándolo. - Cambiar su trayectoria. - Deformar un objeto.

Para que se produzca una fuerza, deben interaccionar dos cuerpos, y para saber el efecto que puede producir una fuerza, debemos conocer su intensidad, la dirección en que va a ser aplicada y el sentido en que se aplica. Contesta las siguientes preguntas:

¿Para que utilizamos la palabra fuerza? ¿Qué puede producir una fuerza? ¿Qué 3 cosas tenemos que tener en cuenta para saber el efecto que va a producir una fuerza?

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Para medir la intensidad de una fuerza, se utiliza un aparato llamado dinamómetro. Está formado por un muelle que se estira más o menos dependiendo de la fuerza que se aplique. Para conocer el efecto de una fuerza, es necesario saber la dirección en que se aplica. Por ese motivo las fuerzas se representan gráficamente mediante flechas llamadas vectores.

Contesta las siguientes preguntas: ¿Para qué utilizamos la palabra fuerza? EL PESO ES UNA FUERZA

La gravedad es una fuerza de atracción que ejerce la gran masa de nuestro planeta sobre toda la materia que se encuentra cerca de ella.

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La teoría de la gravedad fue propuesta por Isaac Newton.

La historia dice que cuando Newton estaba sentado en su jardín, observó que una manzana caía de un árbol. A partir de ahí, formuló la hipótesis de que la manzana había caído porque una fuerza la atraía hacia la Tierra. De este modo, desarrolló su famosa teoría de la gravitación, según la cual la fuerza de la gravedad actúa sobre todas las cosas: las personas, los objetos, la Luna, etc… Por ejemplo, haciendo que la Tierra atraiga hacia ella a todo; de ahí que no caigamos . La cantidad de materia de un cuerpo se mide en gramos y es su masa. La Tierra ejerce sobre cualquier masa una fuerza de atracción dirigida hacia su centro, que recibe el nombre de peso.

Cuanto mayor es la masa de un cuerpo, mayor es su peso, es decir, la intensidad de la fuerza con la cual se atrae la Tierra. LA DINÁMICA DE NEWTON

Isaac Newton estableció varias leyes del movimiento. La más importante es el principio de la inercia, que dice que los cuerpos tienden a mantener su movimiento cuando sobre ellos no actúa ninguna fuerza. Contesta estas preguntas:

¿ Qué es la gravedad? ¿Por qué no nos caemos si la Tierra es redonda y da vueltas sobre sí misma? ¿Quién propuso la teoría de la gravedad? ¿Qué es la masa de un cuerpo?

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¿En qué se mide? ¿Qué dice el “principio de inercia” formulado por Isaac Newton?

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Evaluación de la Unidad 1 EJERCICIO 1.- Marcar la opción correcta 1. La forma más segura de conocimiento es: • • • • •

Vulgar Contemplativo Asimilativo Científico Irracional

2. El conocimiento científico es el conocimiento de las cosas por: • • • • •

Sus leyes ideales Sus leyes normales Sus causas Sus consecuencias Su deducción

3. Las ciencias según su objeto se clasifican en • • • •

Reales y experimentales Formales y fáticas Teóricas y formales Experimentales y fácticas

4. Los objetos de las ciencias formales son: • • • • •

Las ideas Los hechos reales Las hipótesis La observación Las experiencias

5. La ciencia investiga • • • • •

Por el método racional Por el método teórico Por el método experimental Por el método irracional La primera y la tercera son correctas

6. El método científico experimental es usado por las ciencias • Transicionales • Fácticas

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• Solidarias • Inquisitivas • Formales 7. El método científico experimental procede por • • • • •

Inducción-deducción Inducción-experiencia Deducción-razonamiento Análisis-experiencia Experiencia-síntesis

8. El conjunto ordenado de procesos que nos llevan a un fin determinado es • • • • •

Teoría Hipótesis Experimentación Observación Método

9.- No es etapa del método experimental • • • • •

La experimentación La teoría La hipótesis La aseveración La observación

10.- La hipótesis es: • • • • •

La probable respuesta al problema La explicación de una afirmación La explicación de una aseveración La probable experimentación El problema resuelto

11.- Las magnitudes (ver solución al pie) 2 Magnitud y unidad • Las (1)_____________ se miden con las (2)_____________. • Las magnitudes y unidades (3)_____________ son aquellas que se pueden expresar en 2

Solución ejercicio 1, 11: - Magnitud y unidad (I) - Las magnitudes se miden con las unidades. - Las magnitudes y unidades derivadas son aquellas que se pueden expresar en función de las magnitudes y unidades fundamentales.

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• función de las magnitudes y unidades (4)_____________. • derivadas fundamentales magnitudes unidades EJERCICIO 2.- Completar (ver solución al pie) 3

El Sistema Internacional consta de [ unidades, fundamentales.

] magnitudes y sus correspondientes

Algunas de las magnitudes y unidades fundamentales son: Denominación

longitud masa tiempo temperatura intensidad eléctrica cantidad de sustancia EJERCICIO 3.- Múltiplos y submúltiplos (ver solución al pie) 4 1. ¿A qué es igual 1 kg?

a) 10 t b) 1000 t c) 1000 g d) 0,001 g e) 0,01 t 2. ¿A qué es igual 1 l?

a) Un decímetro cúbico. b) Un metro cúbico. c) Un centímetro cúbico. d) Un kilogramo. 3

Solución ejercicio 2: -

4

Siete M Kg S K A mol

Solución ejercicio 3: 1. (c) 2. (a) 3. (d) 4. (d)

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e) 100 mililitros. 3. ¿A qué es igual 1 h?

a) 0,01 días. b) 120 s c) 0,60 min d) 3600 s 4. ¿A qué es igual 1 m?

a) 10 km b) 100 km c) 1000 km d) 100 cm e) 10 cm f) 100 mm EJERCICIO 4. Sistemas Materiales Responder (ver soluciones al final del ejercicio):

1) Explique lo que entiende por materia.

2) ¿Qué diferencia hay entre cuerpo y sustancia?

3) Discuta la validez de las siguientes afirmaciones.

a) Todo cuerpo es material. b) Cuerpos iguales están constituidos por igual clase de materia. c) Cuerpos diferentes están constituidos por diferente clase de materia. d) La misma clase de materia puede constituir cuerpos iguales o diferentes. 4) ¿Qué entiende por propiedades intensivas y extensivas?, ejemplifique.

5) Indique cuales de las siguientes transformaciones son físicas y cuales químicas, ¿por qué?.a) Azúcar + agua → solución azucarada

b) Agua líquida → vapor de agua c) Oxido de mercurio → mercurio + oxígeno

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d) Carbonato de calcio → dióxido de carbono + óxido de calcio e) Salmuera → agua + cloruro de sodio f) Combustión del carbón

6) ¿Puede existir un sistema homogéneo formado por más de una sustancia pura?,

Ejemplifique.

7) ¿Cómo haría para preparar una solución saturada de cloruro de sodio a 25 °C?.

8) Dé un ejemplo de un sistema heterogéneo formado por una sola sustancia pura.

9) ¿Cómo haría para saber si una solución de un sólido en agua está saturada o sobresaturada?

10) ¿Puede dar ejemplos de un sistema heterogéneo formado por dos fases gaseosas?, ¿por qué?.

11) En los siguientes sistemas heterogéneos, ¿cuántas y cuáles son las fases y cómo podría separarlas?.

a) Agua, aceite y 10 bolitas de plomo. b) Arena, arcilla, solución acuosa de cloruro de sodio y cloruro de sodio sólido. c) 5 trozos de hielo, oxígeno, dióxido de carbono (CO2 gas) y hielo seco (CO2 sólido).

Soluciones

1) Es todo lo que posee masa, y ocupa un lugar en el espacio.

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2) Cuerpo es una porción limitada de materia.

Sustancia es lo que tiene de común la materia con iguales propiedades intensivas o específicas. 3)

a) Correcto, cuerpo es una porción limitada de materia. b) No necesariamente. c) No necesariamente. d) Si. 4) Las propiedades extensivas son aquellas que varían con la cantidad de materia

considerada. Por ejemplo el volumen, 1 litro de agua tiene el doble de volumen que 1/2 litro, aunque sigue siendo agua. Las propiedades intensivas son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada. Por ejemplo el punto de fusión, en el caso del hielo, a presión normal, es 0 ºC independientemente de la cantidad de hielo que se considere. 5)

a) Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia incial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. La solución azucarada se puede separar por métodos mecánicos. b) Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia incial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. Enfriando el vapor de agua se obtiene nuevamente agua líquida. c) Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia incial y, el cambio que sufre la materia es permanente. No se puede obtener óxido de mercurio mezclando mecánicamente el mercurio y el oxígeno. d) Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia incial y, el cambio que sufre la materia es permanente. No se puede obtener carbonato de calcio mezclando mecánicamente el dióxido de carbono y el óxido de calcio. e) Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. Mezclando agua y sal obtenemos nuevamente salmuera. f) Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia es permanente. La combustión del carbón produce vapor de agua y dióxido de carbono que, mezclándolos, no se obtendría carbón. 6) Si, mezclando agua y sal se obtiene salmuera, dos sustancias puras que forman una solución.

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7) En un recipiente que contenga agua a 25 ºC, agrego cloruro de sodio agitando y manteniendo la temperatura indicada, continúo con esta operación hasta que precipite el cloruro de sodio excedente. La fase líquida es la solución requerida.

8) Una mezcla de agua líquida + agua sólida (hielo). 9) Si es saturada, el solo hecho de agregar un cristal del sólido a la solución provocará la formación de más cristales en el seno de la solución. 10) El aire, no posee las mismas propiedades intensivas en todos los puntos del sistema. 11)

a) 3 fases. Por sedimentación separo las bolitas de plomo. Por decantación separo el agua del aceite. b) 4 fases. Agrego agua hasta disolver todo el cloruro de sodio, quedando 3 fases, separo la parte líquida por filtración, para separar el agua del cloruro de sodio empleo evaporación del agua y posterior condensación en otro recipiente. Luego dejo secar las dos fases restante (arena y arcilla), como la arcilla es mas liviana que la arena, la separo por levigación. c) 3 fases. El agua sólida (hielo) la separo por sedimentación. Luego enfrío la mezcla restante hasta que todo el dióxido de carbono gaseoso se solidifique, finalmente lo separo del oxígeno por sedimentación.

EJERCICIO 5. Fuerzas 1.1 Si un cuerpo carece de aceleración ¿puede llegarse a la conclusión de que no actúa ninguna fuerza sobre él? 1.2 Indicar las fuerzas que actúan en cada uno de los siguientes casos:

(a) Un auto, que avanza por una carretera con velocidad determinada, apaga el motor. (b) Un auto, inicialmente en reposo, enciende el motor y comienza a acelerar. (c) Explicar el paradójico hecho de que un automóvil avance con velocidad constante, si se lo está acelerando. 1.3 ¿Depende del peso la aceleración de un cuerpo en caída libre? 1.4 Los dos enunciados siguientes son verdaderos, explicar porqué.

a) Los dos equipos que compiten en una “cinchada” tiran siempre con igual fuerza uno del otro.

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b) El equipo que ejerza mayor fuerza contra el piso es el que gana.

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Unidad 2: Movimientos EL MOVIMIENTO Y LAS FUERZAS Lee atentamente: 1. EL MOVIMIENTO Decimos que un cuerpo se mueve cuando cambia de posición respecto a un sistema de referencia que se considera fijo.

Por ejemplo: el coche que se mueve cambia de posición respecto a unos elementos que se mantienen fijos (la casa, los árboles, etc…) que éstos constituyen el sistema de referencia.

En un movimiento debemos tener en cuenta la posición, la trayectoria, la distancia y el tiempo. • La posición de un cuerpo es el lugar que ocupa en el espacio con respecto a un sistema de referencia. La posición inicial del cuerpo que se mueve es el punto de origen. • La trayectoria es la línea que describe un cuerpo en su movimiento. Según el tipo de trayectoria, los movimientos se clasifican en curvilíneos y rectilíneos. • La distancia es la longitud que recorre un móvil desde una posición a otra. Para medir longitudes, se utiliza como unidad en el Sistema Internacional el metro, y sus múltiplos y submúltiplos.

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El tiempo que tarda en recorrer una distancia. Para medir el tiempo, se utiliza como unidad en el Sistema Internacional de Medidas el segundo (s) y sus múltiplos (minuto, hora, y día) y sus submúltiplos (décima de segundo, centésima de segundo y milésima de segundo).  Contesta las siguientes preguntas:

¿Cuándo decimos que un cuerpo se mueve? ¿Qué es el sistema de referencia de un cuerpo en movimiento? ¿Qué 4 características debemos tener en cuenta en un movimiento?  Une con flechas.

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 Dibuja los siguientes casos y señala cual es: trayectoria y punto de origen. Una persona tira una piedra hacia arriba. Un atleta corre en un estadio olímpico. Un futbolista da una patada a un balón dirigiéndolo hacia arriba.

 Una persona se monta en su coche, que está parado delante de su casa, y avanza durante tres minutos en línea recta 800 metros. ¿Cuál es el sistema de referencia que utiliza la persona para detectar que el coche se mueve? __________________________________________________ ¿Cuál es el punto de origen? __________________________________________________ ¿Cuál es la distancia recorrida por el coche? __________________________________________________ ¿Cuánto tiempo ha tardado en recorrer esa distancia? __________________________________________________

LA VELOCIDAD

La relación entre la distancia recorrida por un cuerpo que se mueve y el tiempo que se ha empleado en recorrerla recibe el nombre de velocidad. La velocidad es la distancia que recorre un móvil en la unidad de tiempo.

Para saber a qué velocidad se mueve un cuerpo, se utiliza la velocidad media, que se calcula dividiendo la distancia recorrida por el tiempo utilizado en recorrerla.

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EJERCICIO RESUELTO:

Un automóvil recorre 20 km en 2 horas. ¿Cuál es su velocidad media? Velocidad = distancia/tiempo = 20/2= 10 km/h Completa:

La velocidad es la _________________ que recorre un móvil en la unidad __________________________. Para saber a qué velocidad se mueve un cuerpo, se utiliza la siguiente fórmula: Un ciclista ha recorrido 10 km en 5 horas. Calcula su velocidad media. Un gepardo es capaz de correr a 360 km en 3 horas. ¿A qué velocidad va? Una persona camina 60 km en 10 horas. ¿Cuál es la velocidad media que ha llevado?

LA ACELERACIÓN

Cuando un coche aumenta su velocidad, decimos que ha acelerado; si vas andando y empiezas a andar más deprisa porque llegas tarde, dirás que has acelerado el paso. La aceleración es la variación de la velocidad en un espacio muy corto de tiempo.

Si la velocidad aumenta, decimos que se ha producido una aceleración positiva o simplemente que el móvil acelera. Si la velocidad disminuye, decimos que se ha producido una aceleración negativa.

Para calcular la aceleración de un móvil utilizamos la siguiente fórmula:

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EJERCICIO RESUELTO

Si un coche pasa de circular de una velocidad de 60 km/h a una velocidad de 100 km/h, en un tiempo de 20 segundos, el aumento de velocidad es 100 km/h – 60 km/h = 40 km/h. El tiempo que tarda en realizar este aumento = 20 segundos.  Contesta las siguientes preguntas:

¿A qué llamamos aceleración? _____________________________________________ ¿Cómo puede ser la aceleración? _____________________________________________ ¿Cuál es la fórmula que utilizamos para calcular cual ha sido la aceleración de un cuerpo que se mueve? ______________________________________________  Escribe 3 ejemplos de cuerpos que aceleran: Una persona va andando con una velocidad media de 1 m/s; de repente ve a una amiga a lo lejos y empieza a correr para alcanzarla, pasando a una velocidad media de 6 m/s. El aumento de velocidad lo ha realizado en 3 segundos.

¿Cuál es el aumento de velocidad realizado? _________________________________________________________ ¿Cuánto tiempo ha tardado en realizar este aumento de velocidad? _________________________________________________________ ¿Cuál ha sido el valor de la aceleración en ese momento? __ ______________________________________________________ Un coche circula por una carretera y entra en una autopista, aumentando en 5 segundos su velocidad de 50 km/h a90 km/h.

¿Cuál es el aumento de velocidad realizado?

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_____________________________ ___________________________ ¿En cuánto tiempo? ________________________________________________________ ¿Cuál ha sido su aceleración en ese momento? ________________________________________________________ ¿Cuánto tiempo ha tardado en realizar este aumento de velocidad? ___________________________________________________ ______ ¿Cuál ha sido el valor de la aceleración en ese momento? _________________________________________________________ Un coche circula por una carretera y entra en una autopista, aumentando en 5 segundos su velocidad de 50 km/h a90 km/h.

¿Cuál es el aumento de velocidad realizado? ____________________________________________________ ¿En cuánto tiempo? ____________________________________________________ ¿Cuál ha sido su aceleración en ese momento? ____________________________________________________

CINEMÁTICA

La cinemática se ocupa de la descripción del movimiento sin tener en cuenta sus causas. La velocidad (la tasa de variación de la posición) se define como la razón entre el espacio recorrido (desde la posición x1 hasta la posición x2) y el tiempo transcurrido. v = e/t (1)

siendo: e: el espacio recorrido y t: el tiempo transcurrido.

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La ecuación (1) corresponde a un movimiento rectilíneo y uniforme, donde la velocidad permanece constante en toda la trayectoria. ACELERACIÓN

Se define como aceleración a la variación de la velocidad con respecto al tiempo. La aceleración es la tasa de variación de la velocidad, el cambio de la velocidad dividido entre el tiempo en que se produce. Por tanto, la aceleración tiene magnitud, dirección y sentido, y se mide en m/s ², gráficamente se representa con un vector.

a = v/t MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME (M.R.U.)

Existen varios tipos especiales de movimiento fáciles de describir. En primer lugar, aquél en el que la velocidad es constante. En el caso más sencillo, la velocidad podría ser nula, y la posición no cambiaría en el intervalo de tiempo considerado. Si la velocidad es constante, la velocidad media (o promedio) es igual a la velocidad en cualquier instante determinado. Si el tiempo t se mide con un reloj que se pone en marcha con t = 0, la distancia e recorrida a velocidad constante v será igual al producto de la velocidad por el tiempo. En el movimiento rectilíneo uniforme la velocidad es constante y la aceleración es nula.

v = e/t v = constante a=0 MOVIMIENTO UNIFORMEMENT VARIADO (M.U.V.)

Otro tipo especial de movimiento es aquél en el que se mantiene constante la aceleración. Como la velocidad varía, hay que definir la velocidad instantánea, que es la velocidad en un instante determinado. En el caso de una aceleración a constante,

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considerando una velocidad inicial nula (v = 0 en t = 0), la velocidad instantánea transcurrido el tiempo t será:

v = a.t La distancia recorrida durante ese tiempo será

e = ½.a.t ² Esta ecuación muestra una característica importante: la distancia depende del cuadrado del tiempo (t ²). En el movimiento uniformemente variado la velocidad varia y la aceleración es distinta de cero y constante.

a ≠ 0 = constante v = variable

1) Acelerado: a > 0 xf = xo + vo.t + ½.a.t ² (Ecuación de posición) vf = vo + a.t (Ecuación de velocidad) vf ² = vo ² + 2.a.∆x

2) Retardado: a < 0 xf = xo + vo.t - ½.a.t ² (Ecuación de posición) vf = vo - a.t (Ecuación de velocidad) vf ² = vo ² - 2.a.∆x

3) Caída libre: Un objeto pesado que cae libremente (sin influencia de la fricción del aire) cerca de la superficie de la Tierra experimenta una aceleración constante. En este caso, la

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aceleración es aproximadamente de 9,8 m/s ². Al final del primer segundo, una pelota habría caído 4,9 m y tendría una velocidad de 9,8 m/s. Al final del siguiente segundo, la pelota habría caído 19,6 m y tendría una velocidad de 19,6 m/s. En la caída libre el movimiento acelerado donde la aceleración es la de la gravedad y carece de velocidad inicial.

a=g vo = 0 yf = ½.g.t ² (Ecuación de posición) vf = g.t (Ecuación de velocidad) vf ² = 2.a.∆y 4) Tiro vertical: movimiento acelerado donde la aceleración es la de la gravedad y la dirección del movimiento, puede ser ascendente o descendente.

a=g vo ≠ 0 yf = yo + vo.t - ½.g.t ² (Ecuación de posición) vf = vo - g.t (Ecuación de velocidad) vf ² = vo ² - 2.a.∆y 5) Tiro parabólico: Otro tipo de movimiento sencillo que se observa frecuentemente es el de una pelota que se lanza al aire formando un ángulo con la horizontal. Debido a la gravedad, la pelota experimenta una aceleración constante dirigida hacia abajo que primero reduce la velocidad vertical hacia arriba que tenía al principio y después aumenta su velocidad hacia abajo mientras cae hacia el suelo. Entretanto, la componente horizontal de la velocidad inicial permanece constante (si se prescinde de la resistencia del aire), lo que hace que la pelota se desplace a velocidad constante en dirección horizontal hasta que alcanza el suelo. Las componentes vertical y horizontal del movimiento son independientes, y se pueden analizar por separado. La trayectoria de la pelota resulta ser una parábola. Es un movimiento cuya velocidad inicial tiene componentes en los ejes x e y, en el eje y se comporta como tiro vertical, mientras que en el eje x como M.R.U. En eje x: v = constante

En eje y: a = g / vo ≠ 0

/ a=0

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6) Tiro oblicuo: movimiento cuya velocidad inicial tiene componente en los eje x e y, en el eje y se comporta como caída libre, mientras que en el eje x como M.R.U. En eje x: v = constante

/

a=g

vo = 0

a=0

En eje y: /

MOVIMIENTO CIRCULAR EN EL PLANO

El movimiento circular es otro tipo de movimiento sencillo. Si un objeto se mueve con celeridad constante pero la aceleración forma siempre un ángulo recto con su velocidad, se desplazará en un círculo. La aceleración está dirigida hacia el centro del círculo y se denomina aceleración normal o centrípeta. En el caso de un objeto que se desplaza a velocidad v en un círculo de radio r, la aceleración centrípeta es:

a = v ²/r. En este movimiento, tanto la aceleración como la velocidad tienen componentes en x e y.

1) Horizontal: s = R. θ s: arco de circunferencia recorrido θ: ángulo desplazado v = R.ω ω: velocidad angular aT = R. α aT: aceleración tangencial α : aceleración angular aN = v ²/R aN: aceleración normal o centrípeta aN = R. ω ² Sí v = constante Þ aT = 0 2) Vertical: este movimiento no es uniforme ya que la velocidad del cuerpo aumenta cuando desciende y disminuye cuando asciende. Para este modelo el cuerpo está sujeto por una cuerda, entonces, las fuerzas que actúan son el peso del cuerpo y la tensión de la cuerda, que componen una fuerza resultante. FT = m.g.sen θ

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FN = T - m.g.cos θ T = m.(v ²/R + g.cos θ)

Siendo en el punto más bajo T = m.(v ²/R + g)

Siendo en el punto más alto T = m.(v ²/R - g)

En el punto mas alto la velocidad es crítica, por debajo de ésta la cuerda deja de estar tensa. vc ² = R.g 3) Péndulo físico:

Amplitud:

FT = m.g.sen θ FN = T - m.g.cos θ

s = R. θ La velocidad es variable, anulándose en cada extremo del arco de circunferencia

(amplitud). T = m.g.cos θ

En el punto más bajo: θ=0 FT = 0 FN = T – P

El período τ es el tiempo en que se efectúa una oscilación completa. τ = 2.π.√R/g

La frecuencia f es la relación entre el número de revoluciones y el tiempo de observación. f = 1/ τ

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Resolver: 1) ¿A cuántos m/s equivale la velocidad de un móvil que se desplaza a 72 km/h? Desarrollo:

Datos: v = 72 km/h

2) Un móvil viaja en línea recta con una velocidad media de 1.200 cm/s durante 9 s, y

luego con velocidad media de 480 cm/s durante 7 s, siendo ambas velocidades del mismo sentido: a) ¿cuál es el desplazamiento total en el viaje de 16 s?. b) ¿cuál es la velocidad media del viaje completo?. Desarrollo:

Datos: v1 = 1.200 cm/s t1 = 9 s v2 = 480 cm/s t2 = 7 s a) El desplazamiento es:

x = v.t Para cada lapso de tiempo: x1 = (1200 cm/s).9 s Þ x1 = 10800 cm x2 = (480 cm/s).7 s Þ x2 = 3360 cm El desplazamiento total es: Xt = X1 + x2 Xt = 10800 cm + 3360 cm Þ Xt = 14160 cm = 141,6 m

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b) Como el tiempo total es:

tt = t1 + t2 = 9 s + 7 s = 16 s Con el desplazamiento total recien calculado aplicamos: ∆v = xt/tt Þ ∆v = 141,6 m/16 s Þ ∆ v = 8,85 m/s 3) Resolver el problema anterior, suponiendo que las velocidades son de distinto

sentido. Desarrollo:

Datos: a) Si son de distinto sentido:

Xt = X1 - x2 Xt = 10800 cm - 3360 cm Þ Xt = 7440 cm = 74,4 m b) ∆v = xt/tt Þ ∆v = 74,4 m/16 s Þ ∆ v = 4,65 m/s 4) En el gráfico, se representa un movimiento rectilíneo uniforme, averigüe gráfica y

analíticamente la distancia recorrida en los primeros 4 s.

Desarrollo:

Datos: v = 4 m/s t=4s v = x/t Þ x = v.t Þ x = 4 m/s.4 s Þx = 16 m 5) Un móvil recorre una recta con velocidad constante. En los instantes t1 = 0 s y t2 = 4

s, sus posiciones son x1 = 9,5 cm y x2 = 25,5 cm. Determinar: a) Velocidad del móvil. b) Su posición en t3 = 1 s.

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c) Las ecuaciones de movimiento. d) Su abscisa en el instante t4 = 2,5 s. e) Los gráficos x = f(t) y v = f(t) del móvil. Desarrollo:

Datos: t1 = 0 s x1 = 9,5 cm t2 = 4 s x2 = 25,5 cm a) Como: ∆v = ∆x/∆t Þ ∆v = (x2 - x1)/(t2 - t1) ∆v = (25,5 cm - 9,5 cm)/(4 s - 0 s) Þ ∆v = 16 cm/4 s ∆v = 4 cm/s

b) Para t3 = 1 s: ∆v = ∆x/∆t Þ ∆x = ∆v.∆t ∆x = (4 cm/s).1 s Þ ∆x = 4 cm

Sumado a la posición inicial: x3 = x1 + ∆x Þ x3 = 9,5 cm + 4 cm Þ x3 = 13,5 cm c) x = 4 (cm/s).t + 9,5 cm d) Con la ecuación anterior para t4 = 2,5 s: x4 = (4 cm/s).t4 + 9,5 cm Þ x4 = (4 cm/s).2,5 s + 9,5 cm Þ x4 = 19,5 cm

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6) Una partícula se mueve en la dirección del eje x y en sentido de los x > 0. Sabiendo

que la velocidad es 2 m/s, y su posición es x0 = -4 m, trazar las gráficas x = f(t) y v = f(t). Desarrollo:

Datos: v = 2 m/s x0 = -4 m

Responder: 1) ¿Cuál de los dos movimientos representados tiene mayor velocidad?, ¿por qué?

2) ¿Es cierto que si en un movimiento rectilíneo uniforme la velocidad es el doble que

en otro, la gráfica x = f(t), trazada en un mismo par de ejes, tiene el doble de pendiente que en el primer caso?, ¿por qué? 3) ¿Qué relación existe entre pendiente y tangente trigonométrica?

Seguimos ejercitando Resolver:

1) Pasar de unidades las siguientes velocidades:

a) de 36 km/h a m/s.

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b) de 10 m/s a km/h. c) de 30 km/min a cm/s. d) de 50 m/min a km/h. Desarrollo:

a)

v = 10 m/s

b)

v = 36 km/h

c)

v = 50 cm/s

d)

v = 3 km/h

2) Un móvil recorre 98 km en 2 h, calcular:

a) Su velocidad. b) ¿Cuántos kilómetros recorrerá en 3 h con la misma velocidad?. Desarrollo:

Datos: x = 98 km t=2h a) Aplicando: v = x/t v = 98 km/2 h ⇒ v = 49 km/h

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b) Luego: v = x/t⇒ x = v.t x = (49 km/h).3 h ⇒ x = 147 km 3) Se produce un disparo a 2,04 km de donde se encuentra un policía, ¿cuánto tarda el

policía en oírlo si la velocidad del sonido en el aire es de 330 m/s? Desarrollo:

Datos: x = 2,04 km = 2040 m v = 330 m/s Aplicando: v = x/t ⇒ t = x/v t = (2040 m)/(330 m/s) ⇒ t = 6,18 s 4) La velocidad de sonido es de 330 m/s y la de la luz es de 300.000 km/s. Se produce

un relámpago a 50 km de un observador. a) ¿Qué recibe primero el observador, la luz o el sonido?. b) ¿Con qué diferencia de tiempo los registra?. Desarrollo:

Datos: vs = 330 m/s vi = 300.000 km/s = 300000000 m/s x = 50 km = 50000 m a) La luz ya que vl > vs b) Aplicando: v = x/t ⇒ t = x/v ts = (50000 m)/(330 m/s) ⇒ ts = 151,515152 s ti = (50000 m)/(300000000 m/s) ⇒ ti = 0,00016667 s Luego: t = ts - ti ⇒ t = 151,515152 s - 0,00016667 s⇒ t = 151,514985 s

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5) ¿Cuánto tarda en llegar la luz del sol a la Tierra?, si la velocidad de la luz es de

300.000 km/s y el sol se encuentra a 150.000.000 km de distancia. Desarrollo:

Datos: v = 300.000 km/s x = 150.000.000 km Aplicando: v = x/t ⇒ t = x/v t = (150.000.000 km)/(300.000 km/s) ⇒ t = 500 s 6) Un auto de fórmula 1, recorre la recta de un circuito, con velocidad constante. En el

tiempo t1 = 0,5 s y t2 = 1,5 s, sus posiciones en la recta son x1 = 3,5 m y x2 = 43,5 m. Calcular: a) ¿A qué velocidad se desplaza el auto?. b) ¿En qué punto de la recta se encontraría a los 3 s?. Desarrollo:

Datos: t1 = 0,5 s x1 = 3,5 m t2 = 1,5 s x2 = 43,5 m a) ∆v = (43,5 m - 3,5 m)/(1,5 s - 0,5 s) ⇒ ∆v = 40 m/1 s ⇒ ∆v = 44 m/s b) Para t3 = 3 s

v = x/t⇒ x = v.t x = (40 m/s).3 s ⇒ x = 120 m 7) ¿Cuál será la distancia recorrida por un móvil a razón de 90 km/h, después de un día

y medio de viaje?. Desarrollo:

Datos:

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v = 90 km/h t = 1,5 día = 1,5.24 h = 36 h v = x/t⇒ x = v.t x = (90 km/h).36 h ⇒ x = 3240 km 8) ¿Cuál de los siguientes móviles se mueve con mayor velocidad: el (a) que se desplaza

a 120 km/h o el (b) que lo hace a 45 m/s? Desarrollo:

Datos: va = 120 km/h vb = 45 m/s Primero expresamos las velocidades en una sola unidad, por ejemplo m/s y luego comparamos: va = (120 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) ⇒ va = 33,33 m/s Comparando vemos que: vb > va El (b) es mas rápido. 9) ¿Cuál es el tiempo empleado por un móvil que se desplaza a 75 km/h para recorrer

una distancia de 25.000 m? Desarrollo:

Datos: v = 75 km/h x = 25.000 m Aplicando: v = x/t ⇒ t = x/v t = (25 km)/(75 km/h) ⇒ t = 33,33 h ⇒ t = 60 min 10) ¿Qué tiempo empleará un móvil que viaja a 80 km/h para recorrer una distancia de

640 km?

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Desarrollo:

Datos: v = 80 km/h x = 640 km Aplicando: v = x/t ⇒ t = x/v t = (640 km)/(80 km/h) ⇒ t = 8 h PROBLEMAS DE MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE VARIADO 1) Un cohete parte del reposo con aceleración constante y logra alcanzar en 30 s una velocidad de 588 m/s. Calcular:

a) Aceleración. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 30 s?.

2) Un móvil que se desplaza con velocidad constante aplica los frenos durante 25 s y recorre 400 m hasta detenerse. Calcular:

a) ¿Qué velocidad tenia el móvil antes de aplicar los frenos?. b) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?.

3) ¿Cuánto tiempo tardará un móvil en alcanzar una velocidad de 60 km/h, si parte del reposo acelerando constantemente con una aceleración de 20 km/h ²?

4) Un móvil parte del reposo con una aceleración de 20 m/s ² constante. Calcular:

a) ¿Qué velocidad tendrá después de 15 s?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 15 s?.

5) Un auto parte del reposo, a los 5 s posee una velocidad de 90 km/h, si su aceleración es constante, calcular:

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a) ¿Cuánto vale la aceleración?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 5 s?. c) ¿Qué velocidad tendrá los 11 s?

6) Un motociclista parte del reposo y tarda 10 s en recorrer 20 m. ¿Qué tiempo necesitará para alcanzar 40 km/h?. 7) Un móvil se desplaza con MUV partiendo del reposo con una aceleración de 51840 km/h ², calcular:

a) ¿Qué velocidad tendrá los 10 s? b) ¿Qué distancia habrá recorrido a los 32 s de la partida?. c) Representar gráficamente la velocidad en función del tiempo.

8) Un automóvil parte del reposo con una aceleración constante de 30 m/s ², transcurridos 2 minutos deja de acelerar y sigue con velocidad constante, determinar:

a) ¿Cuántos km recorrió en los 2 primeros minutos?. b) ¿Qué distancia habrá recorrido a las 2 horas de la partida?.

Desarrollo:

1) Datos: v0 = 0 m/s vf = 588 m/s t = 30 s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2

a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ vf = a.t ⇒ a = vf/t a = (588 m/s)/(30 s) ⇒ a = 19,6 m/s ² b) De la ecuación (2): x = v0.t + a.t ²/2 ⇒ x = a.t ²/2 ⇒ x = (19,6 m/s ²).(30 s) ²/2 x = 8820 m

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2) Datos: t = 25 s x = 400 m vf = 0 m/s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2

a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ 0 = v0 + a.t ⇒ a = -v0/t (3) Reemplazando (3) en (2): x = v0.t + a.t ²/2 ⇒ x = v0.t + (-v0/t).t ²/2 x = v0.t - v0.t/2 ⇒ x = v0.t/2 ⇒ v0 = 2.x/t v0 = (2.400 m)/(25 s) ⇒ v0 = 32 m/s b) De la ecuación (3): a = (-32 m/s)/(25 s) ⇒ a = -1,28 m/s ² 3) Datos: v0 = 0 km/h vf = 60 km/h a = 20 km/h ² Aplicando: vf = v0 + a.t ⇒ vf = a.t ⇒ t =vf/a t = (60 km/h)/(20 km/h ²) ⇒ t = 3 h 4) Datos: v0 = 0 m/s a = 20 m/s ² t = 15 s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2

a) De la ecuación (1): vf = (20 m/s ²).(15 s) ⇒ vf = 300 m/s b) De la ecuación (2): x = v0.t + a.t ²/2 ⇒ x = a.t ²/2 ⇒ x = (20 m/s ²).(15 s) ²/2 ⇒ x = 2250 m 5) Datos:

v0 = 0 km/h = 0 m/s vf = 90 km/h = (90 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 25 m/s t=5s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1):

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vf = a.t ⇒ t =vf/a a = (25 m/s)/(5 s) ⇒ a = 5 m/s ² b) De la ecuación (2): x = v0.t + a.t ²/2 ⇒ x = a.t ²/2 ⇒ x = (5 m/s ²).(5 s) ²/2 ⇒ x = 62,5 m c) para t = 11 s aplicamos la ecuación (1): vf = (5 m/s ²).(11 s) ⇒ vf = 55 m/s 6) Datos: v0 = 0 m/s t = 10 s x = 20 m vf2 = 40 km/h = (40 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 11,11 m/s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 De la ecuación (1): vf = a.t ⇒ t =vf/a (3)

Reemplazando (3) en (2): x = (vf/t).t ²/2 ⇒ x = vf.t/2 ⇒ vf = 2.x/t vf = 2.(20 m)/(10 s) ⇒ vf = 4 m/s Con éste dato aplicamos nuevamente la ecuación (1): a = (4 m/s)/(10 s) ⇒ a = 0,4 m/s ² Finalmente con la aceleración y la velocidad final dada: vf2 = v0 + a.t ⇒ vf2 = a.t ⇒ t = vf2/a t = (11,11 m/s)/(0,4 m/s ²) ⇒ t = 27,77 s 7) Datos: v0 = 0 km/h = 0 m/s a = 51840 km/h ² = (51840 km/h ²).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s).(1 h/3600 s) = 4 m/s ² t1 = 10 s t2 = 32 s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2

De la ecuación (1): vf = (4 m/s ²).(10 s) ⇒ vf = 40 m/s De la ecuación (2): x = (4 m/s ²).(32 s) ²/2 ⇒ x = 2048 m c)

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8) Datos: v0 = 0 m/s a = 30 m/s ² t1 = 2 min = 120 s t2 = 2 h = 7200 s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2

a) De la ecuación (2): x = (30 m/s ²).(120 s) ²/2 ⇒ x = 216000 m⇒ x = 216 km b) De la ecuación (1) hallamos la velocidad a los 2 min: vf = (30 m/s ²).(120 s) ⇒ vf = 3600 m/s pero vf = v0 para la segunda parte y para un tiempo de: t = t2 - t1 ⇒ t = 7200 s - 120 s ⇒ t = 7080 s x = v.t ⇒ x = (3600 m/s).(7080 s) ⇒ x = 25488000 m ⇒ x = 25488 km

Resolver:

1) Un automóvil que viaja a una velocidad constante de 120 km/h, demora 10 s en

detenerse. Calcular: a) ¿Qué espacio necesitó para detenerse?. b) ¿Con qué velocidad chocaría a otro vehículo ubicado a 30 m del lugar donde aplicó los frenos?.

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2) Un ciclista que va a 30 km/h, aplica los frenos y logra detener la bicicleta en 4

segundos. Calcular: a) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?. b) ¿Qué espacio necesito para frenar?.

3) Un avión, cuando toca pista, acciona todos los sistemas de frenado, que le generan

una desaceleración de 20 m/s ², necesita 100 metros para detenerse. Calcular: a) ¿Con qué velocidad toca pista?. b) ¿Qué tiempo demoró en detener el avión?. 4) Un camión viene disminuyendo su velocidad en forma uniforme, de 100 km/h a 50

km/h. Si para esto tuvo que frenar durante 1.500 m. Calcular: a) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?. b) ¿Cuánto tiempo empleó para el frenado?. 5) La bala de un rifle, cuyo cañón mide 1,4 m, sale con una velocidad de 1.400 m/s.

Calcular: a) ¿Qué aceleración experimenta la bala?. b) ¿Cuánto tarda en salir del rifle?. 6) Un móvil que se desplaza con velocidad constante, aplica los frenos durante 25 s, y

recorre una distancia de 400 m hasta detenerse. Determinar: a) ¿Qué velocidad tenía el móvil antes de aplicar los frenos?. b) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?. 7) Un auto marcha a una velocidad de 90 km/h. El conductor aplica los frenos en el

instante en que ve el pozo y reduce la velocidad hasta 1/5 de la inicial en los 4 s que tarda en llegar al pozo. Determinar a qué distancia del obstáculo el conductor aplico los frenos, suponiendo que la aceleración fue constante.

8) Un automóvil parte del reposo con una aceleración constante de 3 m/s ², determinar:

a) ¿Qué velocidad tendrá a los 8 s de haber iniciado el movimiento?. b) ¿Qué distancia habrá recorrido en ese lapso?.

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Desarrollo:

1) Datos:

v0 = 120 km/h = (120 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 33,33 m/s vf = 0 km/h = 0 m/s t = 10 s Ecuaciones:

(1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ 0 = v0 + a.t ⇒ a = -v0/t a = (-33,33 m/s)/(10 s) ⇒ a = -3,33 m/s ² Con éste dato aplicamos la ecuación (2): x = (33,33 m/s).(10 s) + (-3,33 m/s ²).(10 s) ²/2 ⇒x = 166,83 m b) Para x2 = 30 m y con la aceleración anterior, conviene aplicar la ecuación opcional: vf ² - v0 ² = 2.a.x ⇒ vf ² = v0 ² + 2.a.x ⇒ vf ² = (33,33 m/s) ² + 2.(-3,33 m/s ²).(30 m)

vf = 30,18 m/s ⇒ vf = 106,66 km/h 2) Datos:

v0 = 30 km/h = (30 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 8,33 m/s vf = 0 km/h = 0 m/s t=4s Ecuaciones:

(1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ 0 = v0 + a.t ⇒ a = -v0/t a = (-8,33 m/s)/(4 s) ⇒ a = -2,08 m/s ² b) Con el dato anterior aplicamos la ecuación (2):

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x = (8,33 m/s).(4 s) + (-2,08 m/s ²).(4 s) ²/2 ⇒x = 16,67 m 3) Datos:

a = - 20 m/s ² x = 100 m vf = 0 m/s a) Aplicando: vf ² - v0 ² = 2.a.x ⇒ 0 - v0 ² = 2.a.x ⇒ v0 ² = - 2.(-20 m/s ²).(100 m) vf = 63,25 m/s

b) Aplicando: vf = v0 + a.t ⇒ 0 = v0 + a.t⇒ t = -v0/a t = -(63,25 m/s)/(- 20 m/s ²) ⇒ t = 3,16 s 4) Datos:

v0 = 100 km/h = (100 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 27,78 m/s vf = 50 km/h = (50 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 13,89 m/s x = 1.500 m

a) Aplicando: a = -0,193 m/s ²

b) Aplicando: vf = v0 + a.t ⇒ t = (vf - v0)/a

t = (27,78 m/s - 13,89 m/s)/(- 0,193 m/s ²) ⇒ t = 72 s 5) Datos:

v0 = 0 m/s vf = 1400 m/s

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x = 1,4 m

a) Aplicando: a = 700000 m/s ²

b) Aplicando: vf = v0 + a.t ⇒ t = vf/a

t = (1400 m/s)/(700000 m/s ²) ⇒ t = 0,002 s 6) Datos:

t = 25 s x = 400 m vf = 0 m/s Ecuaciones:

(1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ 0 = v0 + a.t ⇒ a = -v0/t (3) Reemplazando (3) en (2): x = v0.t + a.t ²/2 ⇒ x = v0.t + (-v0/t).t ²/2 x = v0.t - v0.t/2 ⇒ x = v0.t/2 ⇒ v0 = 2.x/t vf = 2.(400 m)/(25 s) ⇒ vf = 32 m/s b) Con éste dato aplicamos nuevamente la ecuación (1): a = (-32 m/s)/(25 s) ⇒ a = -1,28 m/s ² 7) Datos:

v0 = 90 km/h = (90 km/h).(1000 m/1 km).(1 h/3600 s) = 25 m/s

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vf = 0,2.25 m/s = 5 m/s t=4s Ecuaciones:

(1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = v0 + a.t ⇒ a = (vf - v0)/t

a = (25 m/s - 5 m/s)/(4 s) ⇒ a = 5 m/s ² Con la aceleración y la ecuación (2): x = (25 m/s).(4 s) + (5 m/s ²).(4 s) ²/2 ⇒ x = 60 m 8) Datos:

a = 3 m/s ² t=8s v0 = 0 m/s Ecuaciones:

(1) vf = v0 + a.t (2) x = v0.t + a.t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = (3 m/s ²).(8 s) ⇒ vf = 24 m/s b) De la ecuación (2): x = (3 m/s ²).(8 s) ²/2 ⇒ x = 96 m

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EVALUACIÓN DE LA UNIDAD 2 Resolver:

1) ¿A cuántos m/s equivale la velocidad de un móvil que se desplaza a 72 km/h? 2) Un móvil viaja en línea recta con una velocidad media de 1.200 cm/s durante 9 s, y luego con velocidad media de 480 cm/s durante 7 s, siendo ambas velocidades del mismo sentido:

a) ¿cuál es el desplazamiento total en el viaje de 16 s?. b) ¿cuál es la velocidad media del viaje completo? 3) En el gráfico, se representa un movimiento rectilíneo uniforme, averigüe gráfica y analíticamente la distancia recorrida en los primeros 4 s.

4) Un móvil recorre una recta con velocidad constante. En los instantes t1 = 0 s y t2 = 4 s, sus posiciones son x1 = 9,5 cm y x2 = 25,5 cm. Determinar:

a) Velocidad del móvil. b) Su posición en t3 = 1 s. c) Las ecuaciones de movimiento. d) Su abscisa en el instante t4 = 2,5 s. e) Los gráficos x = f(t) y v = f(t) del móvil.

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5) Un cohete parte del reposo con aceleración constante y logra alcanzar en 30 s una velocidad de 588 m/s. Calcular: a) Aceleración. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 30 s?. 6) Un móvil que se desplaza con velocidad constante aplica los frenos durante 25 s y recorre 400 m hasta detenerse. Calcular: a) ¿Qué velocidad tenia el móvil antes de aplicar los frenos?. b) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?. 7) ¿Cuánto tiempo tardará un móvil en alcanzar una velocidad de 60 km/h, si parte del reposo acelerando constantemente con una aceleración de 20 km/h ²? 8) Un móvil parte del reposo con una aceleración de 20 m/s ² constante. Calcular: a) ¿Qué velocidad tendrá después de 15 s?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 15 s?. 9) Un auto parte del reposo, a los 5 s posee una velocidad de 90 km/h, si su aceleración es constante, calcular: a) ¿Cuánto vale la aceleración?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 5 s?. c) ¿Qué velocidad tendrá los 11 s? 10) Un motociclista parte del reposo y tarda 10 s en recorrer 20 m. ¿Qué tiempo necesitará para alcanzar 40 km/h?. 11) Un móvil se desplaza con MUV partiendo del reposo con una aceleración de 51840 km/h ², calcular: a) ¿Qué velocidad tendrá los 10 s? b) ¿Qué distancia habrá recorrido a los 32 s de la partida?. c) Representar gráficamente la velocidad en función del tiempo. 12) Un automóvil parte del reposo con una aceleración constante de 30 m/s ², transcurridos 2 minutos deja de acelerar y sigue con velocidad constante, determinar: a) ¿Cuántos km recorrió en los 2 primeros minutos?. b) ¿Qué distancia habrá recorrido a las 2 horas de la partida

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UNIDAD Nº 3: CALOR Y TEMPERATURA Calor y temperatura Equilibrio Térmico Conductores y aislantes Los fenómenos térmicos y caloríficos forman parte de los fenómenos físicos cotidianos. Es sabido que Calor y Temperatura son sustantivos que están incorporados al lenguaje popular y que raramente son utilizados de una forma científicamente correcta. Frecuentemente se identifican o bien se utilizan en definiciones circulares en las que uno hace referencia directa al otro como sinónimo. Ese es el error que se comete al afirmar que la temperatura "mide el calor que hace", o cuando de una persona que tiene fiebre se dice que "tiene calor", etc... Otras veces el calor se identifica con algún ingrediente material de los cuerpos. Por eso se cierran las ventanas "para que no se vaya el calor", o las calorías se utilizan como medida del aporte no deseable de materia, "lo que engorda", por parte de los alimentos a las personas que los ingieren. Los contenidos de esta Unidad tratan sobre los fenómenos térmicos y caloríficos más elementales, definiendo los conceptos fundamentales que permiten describir tanto correctamente a estos fenómenos como realizar predicciones cuantitativas acerca de su desarrollo. Hoy en día sabemos que los átomos y moléculas de los que está formada la materia no están en reposo aunque el cuerpo que constituyen esté quieto. En los sólidos sus partículas vibran continuamente alrededor de su posición de equilibrio; en los líquidos se mueven con libertad, aunque confinadas a un determinado volumen; en los gases se mueven con libertad, ocupando todo el espacio disponible. Llamaremos energía térmica a la suma de las energías de todas las partículas que componen un cuerpo. La temperatura es el valor medio de la energía cinética de estas partículas. Todos sabemos que los cuerpos pueden calentarse (aumentar su energía interna) o enfriarse (perder energía interna). La energía ganada o perdida en estos procesos es el calor. El Termómetro

La definición que hemos dado de temperatura es poco práctica porque no es posible medir la energía de cada partícula para hallar su valor medio. Afortunadamente, hay propiedades observables de los cuerpos que varían con la temperatura. Son conocidos los efectos de la variación de la temperatura de un cuerpo en alguna magnitud característica de éste, tal como su longitud, su volumen o bien la resistencia eléctrica en el caso de un conductor. Es esta circunstancia la que se utiliza para fabricar un termómetro, haciendo corresponder el valor de la

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magnitud utilizada, denominada termométrica, con la temperatura correspondiente. Así, en el conocido termómetro de mercurio se hace corresponder la altura de la columna de mercurio con la temperatura, o en el caso de los termómetros digitales se utiliza un circuito eléctrico en el que una resistencia eléctrica es muy sensible a las variaciones de la temperatura La medida de la temperatura, escalas termométricas

A partir de la sensación fisiológica, es posible hacerse una idea aproximada de la temperatura a la que se encuentra un objeto. Pero esa apreciación directa está limitada por diferentes factores; así el intervalo de temperaturas a lo largo del cual esto es posible es pequeño; además, para una misma temperatura la sensación correspondiente puede variar según se haya estado previamente en contacto con otros cuerpos más calientes o más fríos y, por si fuera poco, no es posible expresar con precisión en forma de cantidad los resultados de este tipo de apreciaciones subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a los termómetros. Escalas termométricas

En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aquélla le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la longitud de una varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un gas, del volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la temperatura se denominan propiedades termométricas, porque pueden ser empleadas en la construcción de termómetros. Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad termométrica que reúna las siguientes condiciones: a. La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura debe ser conocida. b. La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños cambios térmicos. c. El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande. Escala Celsius

Una vez que la propiedad termométrica ha sido elegida, la elaboración de una escala termométrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos operaciones; por una parte, la determinación de los puntos fijos o temperaturas de referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la división del intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados. El científico sueco Anders Celsius (1701-1744) construyó por primera vez la escala termométrica que lleva su nombre. Eligió como puntos fijos el de fusión del hielo y el de ebullición del agua, tras advertir que las temperaturas a las que se verificaban

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tales cambios de estado eran constantes a la presión atmosférica. Asignó al primero el valor 0 y al segundo el valor 100, con lo cual fijó el valor del grado centígrado o grado Celsius (ºC) como la centésima parte del intervalo de temperatura comprendido entre esos dos puntos fijos. Escala Fahrenheit

En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado Fahrenheit (ºF). La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. Así al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra escala es preciso emplear la ecuación: t(ºF) = 1,8 · t(ºC) + 32 donde t(ºF) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(ºC) la expresada en grados Celsius o centígrados. Escala Kelvin

La escala de temperaturas adoptada por el SI es la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,16 ºC. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la escala centígrada viene dada por la ecuación: T(K) = t(ºC) + 273,16 siendo T(K) la temperatura expresada en grados Kelvin o simplemente en Kelvin. Dilatación y termometría

El hecho de que las dimensiones de los cuerpos, por lo general, aumenten regularmente con la temperatura, ha dado lugar a la utilización de tales dimensiones como propiedades termométricas y constituyen el fundamento de la mayor parte de los termómetros ordinarios. Los termómetros de líquidos, como los de alcohol coloreado empleados en meteorología o los de mercurio, de uso clínico, se basan en el fenómeno de la dilatación y emplean como propiedad termométrica el volumen del líquido correspondiente. La longitud de una varilla o de un hilo metálico puede utilizarse, asimismo, como propiedad termométrica. Su ley de variación con la temperatura para rangos no muy amplios (de 0º a 100 ºC) es del tipo: lt = l0 (1 + a-t)

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donde lt representa el valor de la longitud a t grados centígrados, l0 el valor a cero grados y es un parámetro o constante característica de la sustancia que se denomina coeficiente de dilatación lineal. La ecuación anterior permite establecer una correspondencia entre las magnitudes longitud y temperatura, de tal modo que midiendo aquélla pueda determinarse ésta. Una aplicación termométrica del fenómeno de dilatación en sólidos lo constituye el termómetro metálico. Está formado por una lámina bimetálica de materiales de diferentes coeficientes de dilatación lineal que se consigue soldando dos láminas de metales tales como latón y acero, de igual longitud a 0 ºC. Cuando la temperatura aumenta o disminuye respecto del valor inicial, su diferente da lugar a que una de las láminas se dilate más que la otra, con lo que el conjunto se curva en un sentido o en otro según que la temperatura medida sea mayor o menor que la inicial de referencia. Además, la desviación es tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de temperaturas respecto de 0 ºC. Si se añade una aguja indicadora al sistema, de modo que pueda moverse sobre una escala graduada y calibrada con el auxilio de otro termómetro de referencia, se tiene un termómetro metálico. Otras propiedades termométricas

Algunas magnitudes físicas relacionadas con la electricidad varían con la temperatura siguiendo una ley conocida, lo que hace posible su utilización como propiedades termométricas. Tal es el caso de la resistencia eléctrica de los metales cuya ley de variación con la temperatura es del tipo: R = R0 (1 + at + bt2) siendo R0 el valor de la temperatura a 0 ºC y a y b dos constantes características que pueden ser determinadas experimentalmente a partir de medidas de R para temperaturas conocidas y correspondientes a otros tantos puntos fijos. Conocidos todos los parámetros de la anterior ecuación, la medida de temperaturas queda reducida a otra de resistencias sobre una escala calibrada al efecto. Los termómetros de resistencia emplean normalmente un hilo de platino como sensor de temperaturas y poseen un amplio rango de medidas que va desde los -200 ºC hasta los 1 200 ºC. Los termómetros de termistores constituyen una variante de los de resistencia. Emplean resistencias fabricadas con semiconductores que tienen la propiedad de que su resistencia disminuye en vez de aumentar con la temperatura (termistores). Este tipo de termómetros permiten obtener medidas casi instantáneas de la temperatura del cuerpo con el que están en contacto. Aplicación de las escalas termométricas

La relación existente entre las escalas termométricas más empleadas permite expresar una misma temperatura en diferentes formas, esto es, con resultados numéricos y con unidades de medida distintas. Se trata, en lo que sigue, de aplicar las ecuaciones de conversión entre escalas para determinar la temperatura en grados centígrados y en grados Fahrenheit de un cuerpo, cuyo valor en Kelvin es de 77 K.

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Para la conversión de K en ºC se emplea la ecuación t(ºC) = T(K) - 273 es decir: t(ºC) = 77 - 273 = - 196 ºC Para la conversión en ºF se emplea la ecuación: t(ºF) = 1,8 · t(ºC) + 32 t(ºF) = 1,8 · (- 196) + 32 = - 320,8 ºF

Todos sabemos que un cuerpo caliente tiende a aumentar la temperatura de los cuerpos que lo rodean, mientras que un cuerpo frío provoca una disminución de temperatura a su alrededor. En términos más rigurosos podemos afirmar que, cuando dos sustancias a diferentes temperaturas se encuentran próximas, se produce entre ellas un intercambio de energía que tiende a crear el equilibrio térmico, que se produce cuando ambas temperaturas se igualan. De acuerdo con el Principio de Conservación de la Energía el intercambio energético neto entre los dos sistemas y el entorno sería cero, y restringiéndonos al caso más sencillo, que es un caso ideal, podría expresarse la situación diciendo que el calor cedido por el sistema caliente al enfriarse es justamente el calor absorbido por el sistema frío al calentarse. En este caso ideal aún puede hacerse una simplificación más: que únicamente se consideren las sustancias calientes y frías y no los recipientes, que se considerarían recipientes adiabáticos ideales, cuyas paredes con el exterior serían perfectos aislantes térmicos; el caso real más parecido sería un termo o un saco de dormir con relleno de plumas. • • • •

¿Diferencias los conceptos de Calor y tempertaura? ¿Comprendes el funcionamiento de un termómetro? ¿Comprendes el efecto que tiene el intercambio de calor en la temperatura o el estado de agregación de los cuerpos? ¿Sabes qué es el Equilibrio Térmico, y puedes aplicarlo para la determinación de temperaturas de equilibrio o magnitudes calorimétricas en mezclas de sustancias con diferentes temperaturas?

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Cómo se mide la temperatura? Nuestro tacto detecta la temperatura, pero carece de la capacidad de medirla con rigor. Realizando esta experiencia lo comprenderás:

Introduce una mano en un recipiente frío y la otra en uno caliente, y luego las dos manos juntas en otro recipiente con agua templada. La primera mano la encontrará caliente y la otra fría.

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Del cuerpo que está a mayor temperatura decimos que "está más caliente" y a veces, erróneamente, se dice "que tiene más calor". Los cuerpos no tienen calor, tienen energía interna y tienen temperatura. Reservamos el término "calor" para la energía que se transfiere de un cuerpo a otro. Esta energía es fácil de medir, pero la energía total que tiene el cuerpo no. Si un cuerpo recibe energía calorífica aumenta la agitación de las partículas que lo forman (átomos, moléculas o iones) y se pueden producir también cambios en la materia: dilatación, cambios de color (piensa en una barra de metal al calentarla), variación de su resistencia a la conducción, etc. Estos cambios se pueden utilizar para hacer una escala de temperatura. Al poner en contacto dos sustancias la agitación de las partículas de una se transmite, mediante choques, a las partículas de la otra hasta que se igualan sus velocidades. Las partículas de la sustancia más caliente son más rápidas y poseen más energía. En cada impacto ceden parte de la energía a las partículas más lentas con las que entran en contacto. Las partículas de la sustancia que está a mayor T se frenan un poco, pero al mismo tiempo hacen que la más lentas aceleren. Finalmente las partículas de las dos sustancias alcanzan la misma velocidad media y por lo tanto la misma temperatura: se alcanza el "equilibrio térmico". Para diseñar un instrumento que mida la temperatura debemos escoger una cualidad de la materia que sea fácilmente observable, que varíe de manera importante con la agitación de sus partículas, que sea fácil de medir y que nos permita relacionar su variación con la agitación que tiene el cuerpo. La cualidad elegida en los termómetros de mercurio es la dilatación, pero existen otros tipos de termómetros basados en otras cualidades. Se utiliza el mercurio para construir termómetros porque es un metal que es líquido entre -20 ºC y 100ºC y porque se dilata mucho. Encerramos el metal dentro de un tubo fino (capilar) para que al dilatarse un poco avance mucho por el tubo (cuanto más fino sea el tubo más centímetros avanza). Midiendo longitudes de la columna podemos establecer una relación entre la dilatación y el nivel de agitación de la sustancia a medir.

¡Medimos la temperatura midiendo una longitud! Se pueden tomar como base para medir las temperaturas otras propiedades que cambien con ella como el color, la resistencia eléctrica, etc. Aparatos basados en las anteriores propiedades son el pirómetro óptico, el termopar.... Esto posibilita el medir en distintos rangos de temperaturas. Piensa en lo que pasaría si midieras la temperatura de un alto horno con un termómetro de mercurio.

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Calibrado del termómetro. Escala Celsius de temperatura

Celsius, eligió como cero de temperatura para su escala la temperatura del hielo en contacto con agua. Las temperaturas inferiores, por lo tanto, serán negativas. Para marcar ese punto en el termómetro, lo introducimos en una mezcla de agua y hielo y esperamos hasta que se estabilice la posición del mercurio de la columna. Marcamos ese punto en el vidrio (es el extremo de la columna de mercurio en ese momento) como punto 0.

Calentamos agua en un Erlenmeyer cerrado con un tapón bihoradado. Por un agujero del tapón sale un tubo y por él vapor, por el otro introducimos el termómetro. Se inserta hasta que el bulbo quede en un punto próximo a la superficie del agua. La columna de mercurio sube pero cuando el agua empieza a hervir se para y no sube más. Marcamos el vidrio en ese punto como punto 100. Si la presión no es 1 atm. la temperatura de ebullición no será 100 ºC.

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Dividimos la longitud del vidrio entre 0 y 100 en 100 partes iguales. A cada división le corresponde 1 grado centígrado. Con el termómetro de mercurio medimos la temperatura del aire. Este es el dato climatológico más conocido. El termómetro recibe el calor trasmitido por conducción del aire que lo rodea. ¡No debemos exponer el termómetro al Sol para medir la temperatura del aire! No debemos exponer un bulbo del termómetro a los rayos del Sol porque, en este caso, además del calor que recibe del aire recibe la radiación solar y recibe más cuanto mayor sea el bulbo del termómetro. No sería correcta la lectura puesto que dos termómetros correctamente calibrados colocados en el mismo sitio y expuestos al Sol no marcan lo mismo: el que tenga el bulbo más grande marca una temperatura mayor. Esacalas de temperatura

A lo largo de los años se establecieron diferentes escalas. En 1967 se adoptó la temperatura del punto triple del agua como único punto fijo para la definición de la escala absoluta de temperaturas y la separación centígrada de la escala Celsius. El nivel cero quedaba a -273,15 K del punto triple y se definía como el cero absoluto o 0 K. Esta escala sustituyó a la escala centígrada o Celsius al definir el cero como el punto más bajo posible e inalcanzable en la práctica. A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y desde él no se puede sacar calor. En ese estado todo el movimiento atómico y molecular se detiene, es la temperatura más baja posible. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor. El espacio interestelar casi vacío tiene temperatura ligeramente superior al 0 K.

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En este esquema comparativo puedes ver las escalas más importantes:

Conversión de valores de temperaturas

La escala Celsius y la escala Kelvin tiene una transformación muy sencilla: grados K=273.15 + grados C

En la transformación de grados centígrados a grados Fahrenheit debes tener en cuenta que cada grado centígrado vale 1,8 ºF ( 0 - 100 en la escala centígrada equivale a 32 - 210 en la escala Fahrenheit). Por lo tanto debes multiplicar los grados centígrados por 1,8 que equivale a 9/5 . Como el cero Celsisus corresponde al 32 Fahrenheit debes sumar 32: gradosF=(9/5)*gradosC+32 Para la transformación inversa se despeja y queda: gradosC=(5/9)*( grados F-32) EQUILIBRIO TÉRMICO

Si en el universo se alcanzara el equilibrio y existiera en todos los lugares la misma temperatura eso supondría la muerte, la quietud, la falta de cambio.

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Todos los cuerpos tienen una energía llamada energía interna. La cantidad de energía interna de un cuerpo es muy difícil de establecer ya que las partículas que forman un cuerpo tienen energías muy variadas. Tienen energías de tipo eléctrico, de rotación, de traslación y vibración debido a los movimientos que poseen, energías de enlace (que pueden dar posibles reacciones químicas) e incluso energía al desaparecer la materia y transformarse en energía E=mc2 .... Lo más fácil de medir es la variación de energía en un proceso de transformación concreto y si el proceso es sólo físico mucho mejor. (Ejemplos: calentamiento, cambios de estado...). Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan. Se alcanza así lo que llamamos "equilibrio térmico". La energía calorífica (calor) no pasa del cuerpo que tiene más energía al que tiene menos sino del que tiene mayor temperatura al que la tiene menor. Con el siguiente ejemplo aclaramos la anterior afirmación: Los mares (los océanos están intercomunicados) pueden ceder mucha más energía calorífica que mi cuerpo. El mar es capaz de fundir un iceberg y sus aguas apenas se enfrían unos grados. Yo, con el calor que puedo desprender en todos los días de mi vida (parte de las 2.100.000 calorías que consumo al día) fundiría muy pocas toneladas de iceberg.

Puede ceder mucho más calor el mar que mi cuerpo. Pero si me sumerjo en el agua de mar el calor pasa de mi cuerpo al mar. El calor fluye desde los cuerpos que están a más temperatura a los que están a temperatura menor.

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Vamos a comprobarlo Calentamos en un tubo de ensayo 25 ml H2O (agua) hasta una temperatura alta. Lo introducimos centrado en un vaso de precipitados mas grande que contiene 100 ml de agua. Medimos las temperaturas de los dos a intervalos de un minuto. Agitamos el tubo de ensayo para homogeneizar la temperatura dentro y fuera y mantenemos la sonda externa alejada del tubo de ensayo. Registramos los datos, los anotamos en una tabla y registramos gráficamente las temperaturas de cada uno frente al tiempo. En nuestro caso el registro lo hizo el aparato electrónico y la gráfica nos la dio el mismo aparato, pero disponiendo de dos termómetros podemos anotar los datos y luego hacer la gráfica. Los recursos electrónicos nos permiten hacer más rápidas y más bonitas las gráficas, pero los conceptos que se descubren se pueden obtener igualmente aunque no dispongamos de tantos recursos.

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¿Puedes saber la temperatura inicial del foco caliente viendo la gráfica? ¿Y del foco frío?. ¿Cuál fue la temperatura final? ¿Cuánto tardaron en igualarse las temperaturas? En el punto en que se igualan las T el foco frío queda momentáneamente a una temperatura inferior debido a un error de lectura experimental. Una agitación continuada de los dos líquidos en contacto las igualará. Si dejamos el sistema abandonado las temperaturas del agua del tubo y del vaso continuarán iguales y empezarán a descender al mismo tiempo, porque los alrededores están a menor temperatura. Las pendientes de las curvas obtenidas en los registros de las temperaturas hacia el equilibrio dependen de las masa y de los calores específicos de las sustancias puestas en contacto. Si la curva de enfriamiento y la de calentamiento tienen la misma pendiente (una creciente y la otra decreciente) ¿qué puedes deducir?

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¿Estará relacionado con que la masa del líquido caliente es igual a la del frío y se trata de la mismas sustancia? Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aislantes y los segundos conductores. Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en un estado de semilibertad que les otorga una gran movilidad, tal es el caso de los metales. En las sustancias aislantes, sin embargo, los núcleos atómicos retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa. Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de situaciones intermedias. Es de destacar entre ellas la de los materiales semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual revolución tecnológica. En condiciones ordinarias se comportan como malos conductores, pero desde un punto de vista físico su interés radica en que se pueden alterar sus propiedades conductoras con cierta facilidad mejorando prodigiosamente su conductividad, ya sea mediante pequeños cambios en su composición, ya sea sometiéndolos a condiciones especiales, como elevada temperatura o intensa iluminación. A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. Una vez que se establece una corriente eléctrica en un superconductor, los electrones fluyen por tiempo indefinido. Cambio de estado

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados básicos son el sólido, el líquido y el gaseoso. La siguiente tabla indica cómo se denominan los cambios de estado: Inicial/Final Sólido Líquido Gas Sólido fusión Sublimación o sublimación progresiva Líquido

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solidificación evaporación y ebullición Gas sublimación inversa o regresiva condensación y licuefacción

También se puede ver claramente con el siguiente gráfico:

Los dos parámetros de los que depende que una sustancia o mezcla se encuentre en un estado o en otro son temperatura y presión. La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo. Un aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen la fusión, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos. TRANSFERENCIA DE CALOR

En física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están en distinto nivel energético. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. La conducción requiere contacto físico entre los cuerpos que intercambian calor, pero en la radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que haya materia entre ellos. La convección se produce a través del movimiento de un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente.

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Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación. 1) Conducción

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Convección

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la hidrodinámica. Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima. De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, como la cámara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto

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al panel exterior (que está más frío) desciende, mientras que al aire cercano al panel interior (más caliente) asciende, lo que produce un movimiento de circulación. El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección. Debido a la convección, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima. De la misma forma, la convección natural es responsable del tiraje de las chimeneas. La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie. Radiación

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío, o bien que no exista materia entre ellas. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Efecto invernadero

Término que se aplica al papel que desempeña la atmósfera en el calentamiento de la superficie terrestre. La atmósfera es prácticamente transparente a la radiación solar de onda corta, absorbida por la superficie de la Tierra. Gran parte de esta radiación se vuelve a emitir hacia el espacio exterior con una longitud de onda correspondiente a los rayos infrarrojos, pero es reflejada de vuelta por gases como el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso,los halocarbonos y el ozono, presentes en la atmósfera. Este efecto de calentamiento es la base de las teorías relacionadas con el calentamiento global. El contenido en dióxido de carbono de la atmósfera ha venido aumentando un 0,4% cada año como consecuencia del uso de combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón; la destrucción de bosques tropicales por el método de cortar y quemar también ha sido un factor relevante que ha influido en el ciclo del carbono. La concentración de otros gases que contribuyen al efecto invernadero, como el metano y los clorofluorocarbonos, está aumentando todavía más rápido. El efecto neto de estos incrementos podría ser un aumento global de la temperatura, estimado en 2 a 6 °C en los próximos 100 años. Un calentamiento de esta magnitud alteraría el clima en todo el mundo, afectaría a las cosechas y haría que el nivel del

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mar subiera significativamente. De ocurrir esto, millones de personas se verían afectadas por las inundaciones. EVALUACIÓN DE LA UNIDAD 3

1. Investigue, sintetice e interprete e incluya en un informe los siguientes temas y conceptos: CALOR TEMPERATURA TEORÍA DEL FLOGISTO TEORÍA DEL CALÓRICO ESCALAS TERMOMETRICAS CONDUCTORES Y AISLANTES

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UNIDAD Nº 4: LA ENERGÍA

"TODO, CADA UNO DE NOSOTROS, EN TODAS PARTES DEL MUNDO, está afectado por la manera en que usamos la energía," dice Claude Martin. "El reto consiste en proteger el planeta de los cambios climáticos, al mismo tiempo de perseguir el desarrollo de la gente. Nuestro objetivo debe ser llevar energía a todos, pero una energía ecológicamente racional."

A medida que las poblaciones aumentan y las economías se van expandiendo particularmente en China y la India- se espera que la demanda de energía aumentará en un 60% para el año 2030. Satisfacer este aumento, dice, significará reestructurar nuestro entero sistema energético, apartándonos de la dependencia de los combustibles fósiles. La biomasa, los biocombustibles, la energía solar y eólica todos pueden ayudar a reemplazar los combustibles fósiles y asegurar la autosuficiencia energética de los países, afirma, y la transición a ellos debe ser una prioridad política. "Pero," agrega, "la humanidad no debe caer en la trampa de reemplazar un problema por otro. Sabemos ahora que las energías renovables pueden perturbar el delicado equilibrio de los ecosistemas. "En el Brasil, por ejemplo, ya se han sacrificado grandes áreas de selva a plantaciones de caña de azúcar para producir etanol para automóviles. Y en Indonesia y Malasia, la producción en alza del aceite de palmera -en parte para su uso como biocombustible- ha sido en perjuicio de los bosques tropicales y las especies que viven en ellos. " Una Mesa Redonda, organizada por el WWF - la organización mundial para la conservación que Claude Martin encabezó durante 12 años - ha reunido a hacendados, productores, procesadores, bancos y grupos de la sociedad civil para promocionar la producción y el uso sostenibles del aceite de palmera. "Hemos formado una prometedora asociación con la empresa Unilever, que está imponiendo ciertas normas para la producción de aceite de palmera.

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"Pero debemos ser realistas. La energía renovable únicamente es capaz de satisfacer una parte de la demanda en constante aumento. De manera que es necesario hacer inversiones en tecnologías encaminadas al ahorro de energía. El rendimiento energético no sólo es una parte importante de la solución. Probablemente sea el aspecto más importante. " Es mucho lo que la gente en el mundo industrializado puede hacer a tal fin, en forma relativamente sencilla, mediante medidas como aislando sus casas correctamente, comiendo productos no transportados de largas distancias, apagando aparatos eléctricos, y conduciendo coches de bajo consumo de combustible. No obstante, Martin agrega que los individuos solos no pueden salvar el planeta. "Por supuesto es necesario alentar a la gente a consumir con mayor consideración, pero esto debe ir acompañado de un compromiso por parte de la industria. Y hace falta que exista un marco rector y acuerdos intergubernamentales, como el Protocolo de Kyoto, para estimular el ahorro de energía. "Los países, añade, podrían aumentar la inversión en un transporte más limpio e introducir estándares mínimos de rendimiento energético para edificios, procesos industriales y nuevos aparatos. Mas encima de todo, deben dar fin a todos los subsidios concedidos a la industria de los combustibles fósiles. "Los gobiernos necesitan una clara visión para el planeamiento energético a largo plazo. La respuesta actual a la crisis se reduce tan solo a buscar una alternativa para nuestros suministros en disminución -por ejemplo energía nuclear- en vez de buscar formas de uso más eficiente." Por ejemplo, la investigación en automóviles debería concentrarse en modelos de uso eficiente de la energía, accionados con combustibles renovables limpios, dice, mientras la gente debería dejar de considerar sus coches como símbolos de prestigio y en vez de ello verlos como algo que debe usarse con prudencia. Y los gobiernos deberían alentar a las autoridades locales a desarrollar sistemas de transporte público práctico y económico encaminado a las necesidades de la gente. Pues, ¿cuándo podría el mundo lograr la sostenibilidad energética? Claude Martin es optimista. "Las generaciones más jóvenes no se han criado dentro de un sistema de continua expansión, y son cada vez más conscientes de los límites del planeta. Esto ayudará en la tarea de hacer el cambio esencial de una visión exclusivamente económica del mundo a una perspectiva más amplia, una perspectiva que debe contar con el respaldo de toda la sociedad. "Todos nosotros debemos participar en esto como una cuestión de urgencia. Nadie puede quedarse de brazos cruzados y simplemente observar. Todos nosotros debemos desarrollar una conciencia. Esta es la única manera de respetar nuestro medio ambiente." LA ENERGÍA

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Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía. La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica. La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.I. es el julio (J). La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina: • • • • •

Energía Energía Energía Energía Energía

térmica eléctrica radiante química nuclear ENERGÍA TÉRMICA

La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.

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La Energía eléctrica

La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus extremos. Cada vez que se acciona un interruptor, se cierra un circuito eléctrico y se genera el movimiento de electrones a través del cable conductor. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos de la sustancia del cable, que suele ser metálica, ya que los metales -al disponer de mayor cantidad de electrones libres que otras sustanciasson los mejores conductores de la electricidad. La mayor parte de la energía eléctrica que se consume en la vida diaria proviene de la red eléctrica a través de las tomas llamadas enchufes, a través de los que llega la energía suministrada por las compañías eléctricas a los distintos aparatos eléctricos -lavadora, radio, televisor, etcétera- que se desea utilizar, mediante las correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se convierte en energía mecánica, calórica y en algunos casos luminosa, gracias al motor eléctrico y a las distintas piezas mecánicas del aparato. Lo mismo se puede observar cuando funciona un secador de pelo o una estufa. Fuentes de energía eléctrica

La energía eléctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable. El ejemplo más relevante y habitual de esta manifestación son las tormentas eléctricas. La electricidad tampoco tiene una utilidad biológica directa para el ser humano, salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes en medicina, resultando en cambio normalmente desagradable e incluso peligrosa, según las circunstancias. Sin embargo es una de las más utilizadas, una vez aplicada a procesos y aparatos de la más diversa naturaleza, debido fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta y convierte en otras formas de energía. Para contrarrestar todas estas virtudes hay que reseñar la dificultad que presenta su almacenamiento directo en los aparatos llamados acumuladores. La generación de energía eléctrica se lleva a cabo mediante técnicas muy diferentes. Las que suministran las mayores cantidades y potencias de electricidad aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en una dinamo o corriente alterna en un alternador. El movimiento rotatorio resulta a su vez de una fuente de energía mecánica directa, como puede ser la corriente de un salto de agua o la producida por el viento, o de un ciclo termodinámico. En este último caso se calienta un fluido, al que se hace recorrer un circuito en el que mueve un motor o una turbina. El calor de este proceso se obtiene mediante la quema de combustibles fósiles, reacciones nucleares y otros procesos. La generación de energía eléctrica es una actividad humana básica, ya que está directamente relacionada con los requerimientos actuales del hombre. Todas la formas de utilización de las fuentes de energía, tanto las habituales como las denominadas alternativas o no convencionales, agreden en mayor o menor medida

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el ambiente, siendo de todos modos la energía eléctrica una de las que causan menor impacto. Generación de energía eléctrica

Actualmente la energía eléctrica se puede obtener de distintos medios: 1. Centrales termoeléctricas 2. Centrales hidroeléctricas 3. Centrales geo-termo-eléctricas 4. Centrales nucleares 5. Centrales de ciclo combinado 6. Centrales de turbo-gas 7. Centrales eólicas 8. Centrales solares Energía Radiante

El término radiación se refiere a la emisión continua de energía desde la superficie de todos los cuerpos, esta energía se denomina radiante y es transportada por las ondas electromagnéticas. Las ondas de radio, las radiaciones infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, constituyen las distintas regiones del espectro electromagnético. Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de 3 108 m/s y transportan energía radiante. Cuando inciden sobre la superficie de un cuerpo en parte son reflejadas y el resto transmitidas Energía Química

La energía química es una manifestación más de la energía. En concreto, és uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta. En la actualidad, la energía química és la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas.

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El carbón y la gasolina gasificada se combinan con el oxígeno del aire, reaccionan con él y se transforman suave y lentamente, en el caso del carbón, o instantáne y rapidamente, en el caso de la gasolina dentro de los cilindros de los motores. Las mezclas gaseosas inflamadas se dilatan considerable y rápidamente y en un instante comunican a los pistones del motor su energía de traslación, su fuerza viva o de movimiento. Si se rodeasen el carbón o la leña, la gasolina y el petróleo de una atmósfera de gas inerte, por ejemplo nitrógeno gaseoso, ni los primeros arderían ni los últimos explotarían en los cilindros. El nitrógeno no reacciona con aquellos cuerpos y las mezclas de gasolina y nitrógeno ni arden ni explotan. Finalmente, hay que mencionar la más reciente y espectacular aplicación de la energía química para lograr lo que durante muchos siglos constituyó su sueño: el viaje de ida y vuelta al espacio ex terior y a la Luna, asi como la colocación de distintos tipos de satélites artificiales en determinadas órbitas.

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Energía Nuclear

Planta nuclear en Kewaunee, Wisconsin. La energía nuclear es aquella que resulta del aprovechamiento de la capacidad que tienen algunos isótopos de ciertos elementos químicos para experimentar reacciones nucleares y emitir energía en la transformación. Una reacción nuclear consiste en la modificación de la composición del núcleo atómico de un elemento, que muta y pasa a ser otro elemento como consecuencia del proceso. Este proceso se da espontáneamente entre algunos elementos y en ocasiones puede provocarse mediante técnicas como el bombardeo neutrónico u otras. Existen dos formas de aprovechar la energía nuclear para convertirla en calor: la fisión nuclear, en la que un núcleo atómico se subdivide en dos o más grupos de

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partículas, y la fusión nuclear, en la que al menos dos núcleos atómicos se unen para dar lugar a otro diferente. DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica. Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son ejemplos: • • •

La energía eléctrica, al pasar por una resistencia. La energía química, en la combustión de algunas sustancias. La energía mecánica, por choque o rozamiento.

Se define, por tanto, el Rendimiento como la relación (en % por ciento) entre la energía útil obtenida y la energía aportada en una transformación.

Una energía alternativa, o más precisamente una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación. El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener dicha energía. Estas son las energías alternativas. En la actualidad se siguen buscando soluciones para resolver esta crisis inminente. Las energías renovables en las que se trabaja actualmente son: La energía eólica que es la energía cinética o de movimiento que contiene el viento, y que se capta por medio de aerogeneradores o molinos de viento. • La energía hidráulica, consistente en la captación de la energía potencial de los saltos de agua, y que se realiza en centrales hidroeléctricas. • La energía oceánica o maremotriz, que se obtiene bien de las mareas (de forma análoga a la hidroeléctrica), o bien a través de la energía de las olas. • La energía solar recolectada de forma directa en forma de calor a alta temperatura en centrales solares de distintas tipologías, o a baja temperatura •

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mediante paneles térmicos domésticos, o bien en forma de electricidad mediante el efecto fotoeléctrico mediante paneles fotovoltáicos. • La energía geotérmica producida al aprovechar el calor del subsuelo en las zonas donde ello es posible. • La biomasa por descomposición de resíduos orgánicos o bien por su quema directa como combustible. La discusión energía alternativa/convencional no es una mera clasificación de las fuentes de energía, sino que representa un cambio que necesariamente tendrá que producirse durante este siglo. Es importante reseñar que las energías alternativas, aun siendo renovables, también son finitas, y como cualquier otro recurso natural tendrán un límite máximo de explotación, por tanto incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con este modelo económico basado en el crecimiento perpetuo. Es por ello por lo que surge el concepto del Desarrollo sostenible. Dicho modelo se basa en las siguientes premisas: •

• •

•

•

El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo XXI. El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales y la fisión nuclear. La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica. La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas, etc.) Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir, desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y condena del despilfarro.

La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es por tanto una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias. EL ÁTOMO

El átomo es la menor fracción en que puede dividirse un elemento simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto de una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones (protones y neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi totalidad de la masa atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales, un número de electrones igual al de protones. El concepto de átomo como partícula indivisible se encuentra ya en la Grecia presocrática, en las concepciones de Leucipo y Demócrito acerca del mundo

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material, quienes anticiparon además los principios de cuantificación y conservación de la materia. En 1803, Dalton emitió su hipótesis atómica: los elementos están formados por átomos, y los compuestos por grupos de éstos (moléculas). Los experimentos de Thomson (1897) con rayos catódicos y la identificación de éstos con los corpúsculos llamados electrones, constituyentes de la electricidad, indicaron la posibilidad de que el átomo fuera divisible en componentes (partículas) más elementales. Los trabajos de Rutherford (1911) bombardeando láminas metálicas con partículas alfa llevaron a distinguir en el átomo un núcleo pequeño (diámetro del orden de 10-12 cm) y pesado y una nube electrónica dispuesta en capas concéntricas que abarcaban un diámetro de 10-8 cm. El átomo más sencillo, el de hidrógeno, consta de un solo nucleón (protón) y un solo electrón en su corteza; los átomos más complejos tienen en el núcleo tantos nucleones como indica su masa atómica, de los cuales son protones (con carga positiva) en cantidad igual al número atómico (número de orden en la tabla periódica) y neutrones (sin carga) el resto. La carga positiva del núcleo se contrarresta con una igual de sentido contrario correspondiente a los electrones de la corteza atómica. En 1913, N. Bohr, basándose en los conocimientos que facilitaba la mecánica cuántica, y para explicar de modo adecuado las líneas espectrales, presentó un modelo atómico que establecía y cuantificaba (mediante los números cuánticos) la distribución de los electrones alrededor del núcleo, la forma orbital en que se movían y las condiciones bajo las cuales éstos saltaban de una a otra órbita. Posteriormente, Sommerfeld completó el mencionado modelo con un tercer número cuántico, con el que precisó que las órbitas electrónicas eran elípticas y no coplanarias. En 1925, Uhlenbeck y Goudsmit demostraron que los electrones atómicos tienen un movimiento de rotación (spin o espín), que se define con un cuarto número cuántico. El estudio del núcleo atómico ha dado lugar a la física nuclear, y ésta ha puesto de manifiesto la existencia de numerosas partículas subatómicas. Las teorías ondulatorias de E. Schrödinger sobre las partículas elementales hacen considerar los niveles energéticos u orbitales de N. Bohr bajo una nueva perspectiva, en la que el concepto de posición de un partícula se convierte en la probabilidad de presencia de una onda estacionaria. Concepto de molécula

Partícula formada por una agrupación ordenada y definida de átomos, que constituye la menor porción de un compuesto químico que puede existir en libertad. Las moléculas sólo se hallan perfectamente individualizadas en los gases en estado de movimiento rectilíneo desordenado, en cuyo caso su interacción se limita a choques muy breves. En los líquidos, si bien las moléculas se desplazan libremente, existe un mayor contacto intermolecular. En los sólidos, las moléculas ocupan por lo general posiciones fijas en los nudos de redes cristalinas. Los agregados atómicos moleculares pueden ser polares o no polares. En el primer caso, las moléculas forman pequeños dipolos y es la atracción que se manifiesta entre éstos lo que causa la unión intermolecular. En las moléculas no polares, la unión es debida únicamente a las fuerzas de Van der Waals, que, por ser más débiles, corresponden a compuestos de bajo punto de fusión.

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Las dimensiones de la molécula dependen de las características y del número de los átomos que la forman, y pueden ir desde 2,4 ångström (molécula de hidrógeno) hasta longitudes perceptibles a simple vista (moléculas orgánicas o macromoléculas). La masa de las moléculas es extremadamente pequeña, ya que guarda relación con sus dimensiones, lo que hace evidente la necesidad de recurrir a unidades de masa especiales, tales como la molécula gramo o mol, que equivale a la masa de un cuerpo que en estado gaseoso ocupa el mismo volumen que 32 g de oxígeno (dado que la molécula de este elemento consta de dos átomos). Por su parte, el volumen molecular, volumen ocupado por una molécula gramo de gas a 0 °C y a la presión atmosférica (760 mm de mercurio), es de 22,4 litros. Así, el número de moléculas de que consta una molécula gramo es una constante universal (conocida como "número de Avogadro"), cuyo valor es 0,023 . 1023. En el transcurso de las reacciones químicas a las que se ven sometidas, las moléculas experimentan todo tipo de transformaciones (divisiones, uniones, cambios de parte de sus átomos, etc.), lo que permite la formación de nuevas moléculas (es decir, de nuevos cuerpos). Concepto de ion: Radical simple o compuesto formado por disociación electrolítica y caracterizado por su electrovalencia, que indica el número de electrones ganados o perdidos. Concepto de compuesto: Sustancia de composición definida, cuya molécula está formada por átomos de dos o más elementos simples en proporciones constantes.

Principio de conservación de masa LEYES PONDERALES. También llamadas leyes de las combinaciones químicas, son las que rigen la proporción en masa y volumen para formar compuestos. 1ra. Ley LEY DE LA CONSERVACIÓN DE MASAS: establecida por Antonio Lorenzo Lavoisier, demostró experimentalmente que en toda una reacción química la masa total permanece constante, antes y después de la reacción. Dicho de otro forma: la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. Ejemplo: 2KI + Pb(NO3)2 ==> PbI2 + 2KNO3 REACTIVOS Masas Moleculares PRODUCTOS Masas Moleculares KI 332 PbI2 461 Pb(NO3)2 331 KNO3 202 Total 663 663 2da. Ley

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LEY DE LAS PROPORCIONES CONSTANTES, ley de Proust, o ley de las proporciones definidas. Si un elemento de une a otro, siempre lo hace en la misma proporción no importa si hay exceso de alguno de los reactivos. Es decir, todo compuesto químico contiene siempre la misma proporción de cada uno de los constituyentes. O2 + 2H2 ==> 2H2O 32g 4gr 36g Entonces la relación en masa en que se encuentran estos dos elementos para formar el compuesto H2O es la siguiente: proporción de numero de átomos 1:2 1 molécula de O2 + 2 moléculas de Hidrógeno ==> 2 moléculas de H2O 1 mol de O2 ==> 2 mol H2 2 mol H2O ==> 32 gr de O2 4 gr H2 ==> 34 gr H2O 3ra. Ley Ley de Dalton o de las proporciones múltiples: Si dos o más elementos se combinan para formar diferentes compuestos, la masa de uno de ellos se une a la masa fija de otro. Por ejemplo: Oxigeno e hidrógeno se unen para formar dos compuestos diferentes O2 + 2H2 ==> 2H2O 32g 4g 36g La relación en masa en que se encuentran estos dos elementos para formar el compuesto H2O es la siguiente: O2 + H2 ==> H2O2 32g 2g 34g La relación en masa en que se encuentran estos dos elementos para formar el compuesto H2O2 es la siguiente: Es decir, siempre se mezclan solo dos átomos de Oxigeno por molécula de compuesto al unirse con hidrogeno. 4ta. Ley

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Ley de Richter Wencel o de las proporciones reciprocas: Cuando dos elementos diferentes se combinan separadamente con una masa diferente de un tercer elemento, las masas relativas con las cuales se combinan los dos primeros entre sí, son las mismas con las que se combinaron con el tercer elemento o bien múltiplos o submúltiplos de estos. Aquí establecemos el concepto de masa equivalente o equivalente gramo de un elemento. Clasificación de las sustancias : Mezclas y sustancias puras.

Este tema trata sobre cómo se clasifican los materiales según su composición química. Las sustancias pueden ser: sustancias puras y mezclas . Se definen cada uno de los tipos de sustancias y se presentan diversos ejemplos. También se especifican las propiedades de cada uno de los tipos y se trabajan algunos ejercicios a manera de ejemplo. ¿Qué es una sustancia?

Una sustancia es cualquier variedad de materia de composición definida y reconocible. Las sustancias se clasifican en sustancias puras y mezclas.

¿Qué es una sustancia pura?

Una sustancia pura es un material homogéneo que siempre tiene la misma composición fija e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son siempre las mismas. Algunas pueden descomponerse mediante procesos químicos en otras sustancias más simples; por ejemplo, el Cloruro de sodio (sal común) , el azúcar. Clasificación de las sustancias puras:

Las sustancias puras se clasifican en dos tipos: elementos y compuestos; ambos son homogéneos ya que mantienen sus propiedades características. Los elementos

Son también denominados sustancias simples elementales que constituyen la materia. Se combinan para formar los compuestos. Los compuestos

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son denominados también Sustancias Compuestas; están formados por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas de masa. Los compuestos son muy abundantes en la naturaleza, pero también son sintetizados en el laboratorio.Los compuestos pueden descomponerse en sus elementos constitutivos o sustancias simples empleando técnicas específicas de separación. Ejemplos de algunas sustancias puras.

Tipos de mezclas: Mezclas homogéneas: Son las que tienen partículas indistinguibles a simple vista o con el microscopio; por ejemplo: Los coloides: son partículas con un tamaño que oscila entre 10 -7 y 10 -5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispersa (soluto); ejemplo: leche, gelatina, quesos, etc. Las soluciones: tienen un tamaño de partícula menor de 10 8 cm. y sus componentes son soluto y solvente. El soluto se disuelve en el solvente y se encuentra, generalmente, en menor proporción que éste.; ejemplo: agua de mar, limonada, te, refrescos, alcohol, etc.

Mezclas heterogéneas: son aquellas en las cuales pueden reconocerse sus diversos componentes debido a la diferencia de sus propiedades. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas: mezclas groseras y suspensiones. Mezclas groseras: Son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato. Suspensiones: Son las que tienen partículas finas suspendidas en agua u otro líquido por un tiempo y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua.

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Ejercicio: Trata de elaborar en una hoja aparte un mapa conceptual con los conceptos estudiados hasta ahora en este trabajo Técnicas de separación de mezclas. Repasemos nuevamente los conceptos vistos en Sistemas Materiales en la Unidad 1

Entre las distintas técnicas que se emplean para separar mezclas tenemos: Procedimientos físicos: Destilación: consiste en separar dos líquidos con diferentes puntos de ebullición por medio del calentamiento y posterior condensación de las sustancias. El proceso de la destilación consta de dos fases: la primera en la cual el líquido pasa a vapor, y la segunda en la cual el vapor se condensa y pasa nuevamente a líquido. La destilación puede ser: Simple , si la muestra contiene un único componente volátil que se desea separar; Fraccionada , si la muestra contienen dos o más componentes volátiles que se separan mediante una serie de vaporizaciones-condensaciones en una misma operación . Evaporación: consiste en separar los componentes de una mezcla de un sólido disuelto en un líquido. La evaporación se realiza en recipientes de poco fondo y mucha superficie, tales como cápsulas de porcelana, cristalizadores, etc. Cristalización: consiste en purificar una sustancia sólida; esto se realiza disolviendo el sólido en un disolvente caliente en el cual los contaminantes no sean solubles; luego se filtra en caliente para eliminar las impurezas y después se deja enfriar el líquido lentamente hasta que se formen los cristales. Cromatografía:

Es la técnica que se utiliza para separar los componentes de una mezcla según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastradas por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla, y sobre la base de las cantidades relativas de cada soluto, distribuidos entre un fluido que se mueve, llamado la fase móvil y una fase estacionaria adyacente.

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A fase móvil puede ser un líquido, un gas o un fluido supercrítico, mientras que la fase estacionaria puede ser un líquido o un sólido según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastradas por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla. Se conocen varias formas: Cromatografía de columna: Consiste en colocar la sustancia absorbente en un tubo de vidrio por cuyo extremo superior se adiciona la mezcla de las sustancias que se desean separar; después se agrega un disolvente apropiado para disolver las sustancias en cuestión. Cromatografía de papel: Se utiliza para separar los componentes de mezclas como la salsa de tomate o pigmentos de plantas. Procedimientos mecánicos: Filtración: consiste en separar los componentes de una mezcla de dos fases: sólida y líquida, utilizando una membrana permeable llamada medio filtrante, a través de la cual se hace pasar la mezcla; la fase líquida pasa a través de la membrana y la fase sólida queda retenida en ella. Tamizado: consiste en separar una mezcla de materiales sólidos de tamaños diferentes, por ejemplo granos de caraota y arena empleando un tamiz (colador). Los granos de arena pasan a través del tamiz y los granos de caraota quedan retenidos. Imantación: consiste en separar con un imán los componentes de una mezcla de un material magnético y otro que no lo es. La separación se hace pasando el imán a través de la mezcla para que el material magnético se adhiera a él: por ejemplo: separar las limaduras de hierro que se hallen mezcladas con azufre en polvo, para lo cual basta con mantener con un imán el componente magnético al fondo e inclinar el recipiente que contiene ambos materiales, para que se pueda recoger el líquido en otro recipiente. Centrifugación: consiste en la separación de materiales de diferentes densidades que componen una mezcla. Para esto se coloca la mezcla dentro de un aparato llamado centrífuga, la cual tienen un movimiento de rotación constante y rápido, lo cual hace que las partículas de mayor densidad vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior. Decantación: se utiliza para separar dos líquidos con diferentes densidades o una mezcla constituida por un sólido insoluble en un líquido. Si tenemos una mezcla de sólido y un líquido que no disuelve dicho sólido, se deja reposar la mezcla y el sólido va al fondo del recipiente. Si se trata de dos líquidos se coloca la mezcla en un embudo de decantación, se deja reposar y el líquido más denso queda en la parte inferior del embudo.

TEORÍA ATÓMICA

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El físico y químico británico John Dalton propuso a principios del siglo XIX los fundamentos de la teoría atómica, aportando así las bases para el rápido desarrollo de la química moderna. Desde el siglo V a.C. los filósofos griegos Leucipo de Mileto (o de Elea) y Demócrito de Abdera, manifestaron que la materia no se podía dividir indefinidamente como postulaba Aristóteles, sino que el límite lo determinaban los "átomos", que en griego significa "indivisible". A partir de esa propuesta, Dalton llegó a la conclusión que existían sustancias simples formadas por átomos simples, como el hidrógeno (H) o el oxígeno (O) y sustancias compuestas formadas por átomos compuestos, como la que se origina cuando esos dos elementos se unen parar formar, por ejemplo, una molécula de agua (H2O).

Unión de dos átomo o moléculas simples de hidrógeno (2H), más una de oxígeno (O), para formar una. molécula compuesta, como la del agua (H2 O). Los siguientes postulados forman parte de la teoría atómico molecular: 1. La materia se compone de partículas pequeñas, definidas e indestructibles llamadas "átomos", que no se pueden dividir por ningún método físico, ni químico ordinario. 2. Los átomos de un mismo elemento son todos idénticos y poseen las mismas propiedades, mientras que los átomos de elementos diferentes, son diferentes entre sí al igual que sus propiedades. 3. Las moléculas se forman mediante la unión de un número entero de átomos de un mismo elemento simple, o de la unión de diferentes elementos simples. 4. Las moléculas de un elemento o sustancia simple se forman con átomos idénticos del mismo elemento. 5. Cuando un solo átomo constituye la molécula de un elemento o sustancia simple, dicha molécula constituye, a su vez, el átomo de ese propio elemento. 6. Las moléculas de las sustancias compuestas están formadas, al menos, por átomos de dos elementos simples diferentes. La cantidad de átomos de los elementos que componen la molécula de una sustancia compuesta será la misma para el resto de las moléculas de la misma sustancia. 7. La materia ni se crea ni se destruye, sino que se trasforma (Ley de la conservación de la materia)

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EVALUACIÓN DE LA UNIDAD 4

1.En la web, seleccione por lo menos 5 (cinco) artículos que sean concernientes a los temas estudiados y trabajados en la unidad. 2.Realice con ellos una síntesis y aplicación de los mismos a situaciones cotidianas. 3. Liste en orden de importancia los artículos seleccionados según su uso en la vida diaria e indique los contenidos abordados en esta unidad.