TEMA 1
Estados de agregación de la materia
La materia es la
sustancia física del Universo, es cualquier cosa que tiene masa y ocupa un
espacio.
La forma en la que los
constituyentes de la materia se agrupan se conoce como estados de agregación de
la materia. Existen cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y
plasma.
SOLIDOS
El estado sólido se caracteriza
por mantener el volumen y la forma. Las partículas del sólido se mantienen
fuertemente unidas impidiendo su movimiento interno.
Los sólidos pueden clasificarse en cristalinos o amorfos dependiendo del patrón en que están dispuestas sus partículas. Un sólido cristalino muestra un patrón repetitivo regular. En un sólido amorfo, el arreglo tridimensional de las partículas es irregular.
El estado líquido se
caracteriza por mantener el volumen, pero su forma es la del recipiente que la
contiene. Las partículas del líquido se mantienen unidas, pero pueden moverse.
Además, los líquidos tienen la capacidad de fluir.
La fluidez de los líquidos depende de varios factores, como las fuerzas intermoleculares, el tamaño de las partículas y la temperatura. La miel, cuando se calienta, es más fluida (menos viscosa) que a la temperatura ambiente.
GASEOSO
El estado gaseoso se
caracteriza por tener volumen y forma variable. Un gas consiste de pequeñas
partículas en constante movimiento y más separadas, independientes entre sí.
El comportamiento de un gas bajo diferentes condiciones puede predecirse de acuerdo a las leyes de los gases. Así, un gas ideal es aquel que cumple con las leyes de los gases. A bajas temperaturas y/o presiones muy fuertes las leyes de los gases pierden validez.
PLASMA
El plasma es un gas que
ha sido ionizado. Esto un gas que recibe suficiente energía de forma que sus
electrones escapan a sus átomos o moléculas. La materia en estado de plasma
tiene forma y volumen variable.
El plasma contiene iones y electrones que se mueven libremente. En el universo, la materia visible se encuentra predominantemente en estado de plasma. Un clásico ejemplo de estado de plasma son los relámpagos que vemos durante las tormentas.
Cambios
de estados de agregación de la materia.
Cuando se habla de cambios de estado de
agregación de la materia, hay que tener presente que cada sustancia cambia de
estado a valores específicos de temperatura y de presión. De hecho, la
temperatura a la que ocurre un cambio de estado es una característica
específica de cada sustancia.
Estos cambios son:
• Sublimación
• Vaporización
• Condensación
• Solidificación
• Fusión
• Sublimación inversa (sublimación
regresiva o deposición)
En nuestra vida
cotidiana se usan a diario los estados de agregación de la materia, por
ejemplo:
Líquidos: agua, aceite
y leche
Solidos: hielo, libros,
materiales de la escuela, etc.
Gaseoso: globos,
oxigeno, vapor, etc.
Plasma: sol, los discos
de acrecimiento, las nebulosas intergalácticas, ambiplasma.
Ley de Hooke
El físico inglés en los años de 1968 y 1969 anunciaría
esta ley como la ley de la proporcionalidad entre las deformaciones elásticas
de un cuerpo y los esfuerzos a los que está sometido.
Matemáticamente se expresa mediante la
siguiente forma:
La fórmula más común de la ley de Hooke es la siguiente
F = -k. ΔL
Donde:
F es la fuerza deformante
ΔL es la variación que experimenta la longitud
del resorte, ya sea una
compresión o extensión.
k es la constante de proporcionalidad
bautizada como constante de resorte,
generalmente expresada en Newtons sobre metros
(N/m).
En la mayoría de los
casos, la fórmula la encontraremos con un signo negativo, el signo negativo
indica cuando el resorte se encuentra comprimido, y será positivo cuando el
resorte esté estirado.
La ley de la
elasticidad establece que la fuerza a la que es sometido un objeto o material
elástico es proporcional al alargamiento unitario o extensión que este sufrirá.
En otras palabras, esta ley señala que cuando un material elástico es estirado
mediante la fuerza, el estiramiento será proporcional a esta.
Importancia
y aplicaciones de la ley de Hooke.
Cabe destacar que esta ley permitió crear el
dinamómetro, un instrumento capaz de medir la fuerza o el peso
de los objetos.
Además, quienes practican puénting o salto en bungee también emplean esta ley
para poder realizar los saltos de forma exitosa y fuera de peligro. Esto,
porque la ley de elasticidad les permite calcular cuánto se estirará la cuerda
por el peso de la persona que saltará hacia el vacío.
También podemos ver cómo se cumple la ley de
Hooke en los trampolines, pues se mantienen en una forma, pero al ejercer un
esfuerzo sobre este, se deforma y posteriormente vuelve a su forma original. En
la siguiente imagen podemos observar la gráfica de la ley de la elasticidad.
Ejercicios
sobre la Ley de Hooke.
Datos:
Alargamiento del
soporte= x= 7 cm * 1m/100cm =0.07
Constante del resorte=
K=835 N/m
Formula
F= K*ΔL
Desarrollo
F=835 N/m * 0.07 m=
58.45 N
La fuerza restauradora
es de 58.45 New
2. Calcular el módulo
de elasticidad de un resorte, al cual se le aplica un esfuerzo cuya magnitud es
de 700 N y se deforma 40 cm.
Datos:
F = 700N
X = 40cm = 0,4m
Formula
F= K*ΔL
Desarrollo
K= F/X = 700N / 0,4m
=1,750N/m
TEMA 3
Módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal.
El Módulo de Young, también llamado de elasticidad longitudinal, es un parámetro que consigue revelar el comportamiento de un material elástico en función de la tipología de fuerza que se le aplique y el consiguiente aumento o disminución de la longitud de ese material. Por lo tanto, lo que busca es obtener la relación que se da entre la tensión que se le aplica al objeto en su eje longitudinal y la deformación medida en ese mismo eje. Así, mide su comportamiento elástico y pronostica también el estiramiento de un material determinado.
Un parámetro llamado módulo de elasticidad del material es un indicativo de su respuesta elástica.
Ecuación para calcular
la deformación
Esto lleva a que el
Módulo de Young tenga también unidades de presión. Finalmente, la ecuación
anterior puede expresarse para despejar Y:
Aplicaciones
Los puentes, elevadores, grúas, etc., se construyen al considerar las tensiones o esfuerzos máximos a los que pueden estar sometidos.
Otro ejemplo de estructuras sometidas a esfuerzos están las columnas de las edificaciones y los arcos, elementos clásicos de construcción en muchas civilizaciones antiguas y modernas.
Ejercicios
del el Módulo de Young
1.Una barra metálica de 2 m de largo recibe
una fuerza que le provoca una alargamiento o variación en su longitud de 0.3
cm. ¿Cuál es el valor la tensión unitaria o deformación lineal?
Datos
L= 0.3cm=3*10-3
Formula
D= ΔL/ Lo
Desarrollo
D= ((2+3x10-3) -(2)) / 2= 0.0015 m
D=1.5x10⁻³
2. Una varilla de acero de 1.2 m. de longitud
y 2.46 cm2 de área de su sección transversal se suspende del techo; si soporta
una masa de 400 kg. En su extremo inferior, ¿Cuál será su alargamiento?
Datos
L=1.2m
M=400kg
Y=8.9x1010N/m2 =2.1x10-4m2
Formulas
P=mg=F
Y=FL/A∆L
∆L= FL/YA
Desarrollo
2.46cm2=2.46x10^-4m^2
F=mg=400kgx9.8m/s^2 = 3.92x10^3N
3.92x10^3N*1.2m/8.9x10^10N/m2*
2.46X10-^4 m^2
=2.1x10^-4m^2
No hay comentarios.:
Publicar un comentario