SESIÓN: 1.1
CURSO: MUNDO FÌSICO Y AMBIENTE
FECHA: 05 / 03 / 2011
MEDICIÓN Y LA MATERIA
Dicopomorpha echmepterygis es una de las especies más pequeños de todos los insectos conocidos. Son ciegos y no poseen alas. Su tamaño no excede las 139 µm de longitud (139 millonésima parte de un metro). Obviamente, los huevos y las larvas de esta avispa son considerablemente más pequeños que el adulto. ¿Cómo se pude realizar la medida de esta especie?
Objetivos: •
Describir el Sistema Internacional (SI).
•
Describir la estructura de materia y sus propiedades.
Introducción Es necesario medir muchas cantidades en nuestra vida (y en general la material y las formas de energía). Las mediciones de longitud nos dicen qué distancia hay entre dos ciudades o qué estatura tienen las persona. Muchas vidas dependen de diversas mediciones realizadas por médicos, técnicos especialistas y farmacéuticos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. En suma, medir desempeña un papel fundamental en nuestros intentos por describir y entender el mundo físico. Por otro lado, desde tiempos muy antiguos el ser humano siempre se ha preguntado, ¿de qué está hecho todo lo que nos rodea? ¿Por qué existe lo que existe? ¿Qué es la materia? ¿Qué es el espacio? ¿Qué es el tiempo? etc. Cuando los científicos de nuestra época, están tratando de establecer cuál es la estructura última de la materia, no están considerando una cuestión meramente técnica, sino que están considerando una de las últimas cuestiones filosóficas más profundas de todas. Este material, trata de incorporar los estándares de medición según el Sistema Internacional, de tal forma que podamos homogenizar los criterios al utilizar y enseñar a utilizar correctamente las unidades fundamentales. Asimismo, se tratará de describir correctamente la estructura íntima de
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la materia, desde una perspectiva moderna y que tiene una trascendencia fundamental en el estudio de cualquier ciencia básica y aplicada.
SISTEMA INTERNACIONAL Medida. Desde que se formaron las sociedades primitivas, tuvo el hombre la necesidad de medir. Todo parece indicar que las primeras magnitudes empleadas fueron la longitud y la masa. Para la primera se estableció como unidad de comparación el tamaño de los dedos y la longitud del pie entre otros; pero la masa, se compararon las cantidades mediante piedras, granos, conchas, etc. Este tipo de medición era cómodo porque cada persona llevaba consigo su propio patrón de medida. Sin embargo, tenía el inconveniente que las medidas variaban de un individuo a otro. Unificación. A medida que aumentó el intercambio entre los pueblos, se tuvo el problema de la diferencia de los patrones anatómicos usados y surge la necesidad de poner en orden a esta situación. Magnitudes físicas Magnitud es todo lo que se puede medir. Medir significa comparar utilizando algún instrumento. Una magnitud siempre puede expresarse como una fracción o múltiplo de otra de la misma clase. Ej., longitud, tiempo, velocidad, energía. No son magnitudes el amor, el odio, la belleza, la envidia o los celos. Sistema Internacional de Unidades En el año de 1970, durante la Décimoprimera Conferencia General de Pesas y medidas, se creó el Sistema Internacional de Unidades (SI), el cual seguiremos. Sus unidades básicas de longitud, masa y tiempo aparecen en el siguiente cuadro: Magnitud
Magnitud
Símbolo
metro
m
masa
kilogramo
kg
tiempo
segundo
s
longitud
En la práctica se ha encontrado que sólo son necesarias 7 magnitudes fundamentales para definir todas las demás magnitudes, de cualquier disciplina. En el Sistema Internacional (SI) de unidades, vigente oficialmente en nuestro país y en la mayoría de los países, las magnitudes fundamentales aparecen en la tabla siguiente (aunque muchas veces otras viejas magnitudes se conserven en la práctica).
Magnitud longitud
Magnitud
Símbolo
metro
m
2
masa
kilogramo
kg
tiempo
segundo
s
kelvin
K
intensidad de la corriente
ampere
A
intensidad de la luz
candela
Cd
mol
Mol
temperatura
cantidad de sustancia
Múltiplos y submúltiplos de las magnitudes fundamentales En la tabla siguiente aparecen los múltiplos más comunes de las magnitudes fundamentales, también utilizados para indicar múltiplos de otras magnitudes.
Nombre
Símbolo
Significado
mega
M
106
kilo
k
103
hecto
h
102
deca
da
10
metro, gramo, segundo, litro. deci
d
10-1
centi
c
10-2
mili
m
10-3
micro
µ
10-6
nano
n
10-9
pico
p
10-12
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MATERIA
¿Qué relación existe entre la materia y la energía? ¿Qué propiedades tiene la materia sustancial para producir una bomba atómica? ¿Cómo se libera la energía?
Empecemos preguntándonos, ¿qué es la materia? Es una pregunta muy antigua, desde Tales de Mileto (5 siglos antes de nuestra era), Demócrito, Aristarco, etc. Eminentes hombres de ciencia, hasta los conocimientos actuales, no podemos descifrar ni conocer a plenitud la estructura interna de la materia. Sólo lo describimos por el comportamiento y manifestación que presenta, sin embargo de manera general, podemos atrevernos a manifestar que todo aquello que está a nuestro alrededor. Todo lo que forma parte del universo es materia, la cual se manifiesta como cuerpo material y como energía. La materia es muy compleja en su composición y propiedades; en busca de una explicación coherente y lógica de su composición y propiedades. Iniciemos nuestro el estudio de la materia, describiendo sus propiedades: Propiedades generales de la materia sustancial. Son las propiedades que presenta todo cuerpo material sin excepción y al margen de su estado físico, así tenemos: La masa. Mide la cantidad de sustancia. Se mide en kilogramos (kg), se realiza a través de una balanza.
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Volumen. Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio. Su medida esta dada en m3. Pero usualmente se utiliza e litro (L).
Impenetrabilidad. El espacio ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro al mismo tiempo.
Divisibilidad. Todo cuerpo puede dividirse en fracciones cada vez más pequeñas. Porosidad. Todo cuerpo posee espacios intermedios.
Propiedades específicas (o particulares). Son las propiedades peculiares que caracterizan a cada sustancia, permite su diferenciación con otra y su identificación. Entre estas propiedades podemos citar: densidad, dureza, tenacidad, acidez, etc.
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Ahora bien, acabamos de estudiar las propiedades más elementales de la materia sustancial, pero la materia no solo comprende a la materia sustancial sino también a la materia no sustancial. De manera sencilla podemos afirmar que la materia no sustancia es la energía. Esta forma de materia no tiene las mismas propiedades que la materia sustancial. Por eso, líneas arriba nos referíamos a las propiedades generales de la materia sustancial. Pero … ¿Qué es la energía? En general diremos que es una forma o cualidad intangible de la materia que causa un cambio o interacción de los cuerpos materiales. ¿Qué relación existe entre la masa y la energía? Albert Einstein, físico alemán, en 1 905, en su obra “Teoria Especial de la relatividad”, plantea que la masa y la energía son dos formas de la materia que están relacionando, mediante la siguiente expresión:
E=mc2 Donde: E= energía almacenada en un cuerpo material de masa “m” c= velocidad de la luz (3x108 m/s) m= masa (kg) Mezclas Casi todos los cuerpos materiales se mezclan, por lo tanto es muy difícil encontrar sustancias químicamente puras. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Son ejemplos de mezclas homogéneas. • Agua azucarada. • El aire • • • •
El acero Agua potable Vinagre Las bebidas gasificadas.
Son ejemplos de mezclas heterogéneas. • • • • • •
Agua y aceite Mezcla de arena y cemento Jarabes. Leche Sangre Mantequilla, etc.
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De manera hemos descritos la mezcla con algunos ejemplos, entonces, ¿qué es una mezcla? Es la reunión de dos o más sustancias en cualquier proporción, donde las propiedades de los componentes se conservan, o sea no hay combinación química. Por lo tanto son susceptibles a la separación por medios mecánicos o físicos. ¿Qué es una mezcla homogénea o solución? Es aquella que a simple vista o con ayuda de instrumentos como el microscopio, no se puede diferenciar la separación de sus componentes; por lo tanto, constituye una masa homogénea, pues cualquier porción que se tome tendrá la misma composición y propiedades. ¿Qué es la mezcla heterogénea? Es aquella que, a simple vista o con ayuda de instrumentos, se diferencia la separación de sus componentes y cualquier porción que se tome tendrá composición y propiedades diferentes.
APLICACIÓN DE LO APRENDIDO 1.
2.
Convierta las siguientes magnitudes al Sistema Internacional. •
El tamaño de un virus es de : 0,000 000 12 cm
•
La distancia de la Tierra al Sol es: 150 000 000 km
•
El intervalo entre los latidos del corazón es de: 1/60 minutos.
Mediante un microscopio se observa una pequeña partícula de hierro en forma de cubo. La arista del cubo es de 0,000 000 000 12 cm. ¿Cuál esta medida en metros?
3.
Cómo podría calcular el diámetro de una pelota, utilizando una regla rígida.
4.
¿Cuál de los siguientes materiales no presentan masa? A. B. C. D. E.
5.
Cuaderno Borrador Agua Calor Lápiz
Dadas las siguientes propiedades de la materia: volumen, inercia, maleabilidad, ductibilidad, conductibilidad eléctrica, ¿Cuáles son propiedades específicas?
6.
El 06 de agosto se produjo un atentado contra Hiroshima (Japón) de la aviación norteamericana, impactando una bomba atómica sobre la población. Segundos después de detonar la bomba, ¿qué sucedió con el artefacto atómico? ¿desapareció el cuerpo material (bomba)?
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7.
Una bomba atómica sólo requiere de 0,6 g de Uranio. ¿Qué cantidad de energía liberará dicha cantidad de Uranio? (utilice la ecuación de la equivalencia entre la masa y la energía)
BIBLIOGRAFIA 1. Ricardo Ramirez Sierra. 2009; Física : Olimpiadas.1ra Edic. Editorial Voluntad. Colombia. 2. Lumbreras Editores, Química: Análisis de principios y aplicaciones. 2 009. Tomo I. Lima – Perú.
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