LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA: MASA, VOLUMEN, DENSIDAD

Aprendizaje esperado:

Que el alumno describa alguna de las propiedades de la materia, a partir del modelo cinético de partículas

 La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y todo lo que podemos imaginar desde:

o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está  hecho de materia.

si sumerges un tubo "vacío" o un vaso con la boca hacia abajo en un recipiente con agua. El agua no puede entrar porque el tubo está lleno de aire, y el aire ocupa su propio volumen (para que el agua pudiera entrar en el tubo tendríamos que abrir una salida al aire en la parte superior).

Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir.

Masa: 

Cantidad de materia que tiene un cuerpo.

La unidad de masa en el sistema internacional de unidades es el kilogramo

Experimentos interactivos masa

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Volumen:

Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo, depende de que tan distanciadas estén las partículas que los componen y se puede definir como la medida del espacio que ocupan.

La unidad para medir volúmenes en el sistema internacional es el m³, sin embargo es posible medirlo en cm3, litros, galones, etc.

El volumen es una magnitud física derivada. La unidad para medir volúmenes en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m³) que corresponde al espacio que hay en el interior de un cubo de 1 m de lado. Sin embargo, se utilizan más sus submúltiplos, el decímetro cúbico (dm³) y el centímetro cúbico (cm³). Sus equivalencias con el metro cúbico son:

1 m³ = 1 000 dm³
1 m³ = 1 000 000 cm³

Para medir el volumen de los líquidos y los gases también podemos fijarnos en la capacidad del recipiente que los contiene, utilizando las unidades de capacidad, especialmente el litro (l) y el mililitro (ml). Existen unas equivalencias entre las unidades de volumen y las de capacidad:

1 l = 1 dm³        1 ml= 1 cm³

El volumen depende de que tan distanciadas estén las partículas que los componen

Como toda la materia tiene masa y volumen, un espacio no puede ser ocupado por dos o más cuerpos al mismo tiempo.

Para medir el volumen se pueden utilizar fórmulas que conoces desde la primaria

Calculo del volumen 

Pero si los objetos son irregulares, se pueden utilizar formas indirectas como introducirlos en un recipiente graduado que contenga algún líquido y se anota su nivel. Luego se sumerge totalmente el objeto y anotaremos su nuevo nivel. La diferencia de niveles será el volumen del solido.

En la imagen antes de introducir la piedra su nivel es 22 ml. Una vez que se introduce el objeto irregular el nivel del líquido asciende hasta 26 ml.

El cambio de nivel de 22 ml a 26 ml, indica el volumen de la piedra es decir 26 ml- 22 ml=4ml. La piedra entonces ocupa 4 ml.

La masa y el volumen son propiedades generales de la materia y dependen de la cantidad o extensión del cuerpo, por lo que se denominan cantidades extensivas.

1kg de paja ocupa un lugar en el espacio muy diferente al que ocupa 1kg de hierro.

Y si se tiene un volumen fijo, dependiendo de la sustancia que lo ocupe, es posible tener diferentes masas con el mismo volumen

Experimentos interactivos volumen

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DENSIDAD

Medida que relaciona la masa de un cuerpo con el volumen que ocupa.

Propiedad física de la materia. Básicamente es la magnitud escalar que se  refiere a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen y de una determinada sustancia.

Supongamos que un día invitamos a 10 amigos a la casa y al llegar todos se van a tu cuarto para platicar, de pronto llegan 4 amigos más y tus 3 primos deciden que también se unirán a la plática y entran al cuarto. Pero de pronto salen 15 así que las personas que habían solo quedaron 2.

Ahora habrá poca masa en el mismo espacio, las personas que quedaron podrán tener mayor espacio y no estarán tan juntas.

Si hacemos una representación entre partículas y personas, podremos hablar de densidad.

Por ejemplo el cuarto tiene un volumen fijo no podemos agrandarlo ni dejarlo más pequeño

Entonces la mayor densidad se tuvo cuando estuvieron las 17 personas dentro y la menor densidad cuando quedaron únicamente 2

Figura 1 La densidad en la  es muy grande pues hay más masa en el mismo volumen

             Figura 2 La densidad disminuye y la masa también

             Figura 3 La densidad es mucho menor, pues se tiene poca masa en el mismo volumen

Ahora consideremos dos vasos iguales, en uno pondremos miel hasta la mitad y en otro agua también hasta la mitad del vaso. Ambos líquidos tienen el mismo volumen, es decir, ocupan el mismo espacio pero solo con levantarlos notaremos que el vaso con miel es más pesado, o mejor dicho, tiene más masa. Esto quiere decir que la miel es más densa que el agua. Los cuerpos menos densos flotan en los más densos.

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

Como calcular la densidad:

En el caso de los objetos sólidos, si se quiere determinar su densidad, lo primero que hay que hacer es determinar su masa con una balanza.

Para hallar el volumen:

Si se trata de objetos cuya forma geométrica coincide con la de los cuerpos regulares (esferas, cubos, cilindros, etc) se aplica la formula conocida midiendo las longitudes que se necesiten de ella.

Si forma es irregular, se puede proceder de la siguiente forma, en el recipiente graduado se vierte el agua se anota el nivel, luego se sumerge el objeto y se anota el nuevo nivel, la diferencia de niveles será el volumen del sólido, finalmente se aplica la fórmula para el cálculo de densidad.

Para poder calcular la densidad se construye una ecuación a partir de la definición.

p= m

      v

ρ =densidad  (kg/m³)

m= masa (kg)

v=volumen (m³)

Como ejercicio supongamos que deseo calcular la densidad de un pedazo de madera y tenemos una masa de 4 kg, que ocupa un volumen de 0.0066m³

Para calcular la densidad haremos lo siguiente:

Datos	Formula	Sustitución	Resultado
m=4 kg v=0.0066 m3 p=?	p= m       v	p=  4 kg              0.0066 m3	p= 606.06 kg/m3

 Experimentos interactivos densidad

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Ejercicios calculo densidad

En el laboratorio, vamos a llenar de agua  un recipiente y, utilizando una probeta y la balanza electrónica, vamos a calcular las masas que tienen diferentes volúmenes de agua; los vamos a anotar:

Masa de agua	Volumen de agua
m1 m2 m3	V1 V2 V3

Hacemos otras medidas similares con aceite:

Masa de aceite	Volumen de aceite
m4 m5 m6	V4 V5 V6

A continuación, dividimos cada medida de la masa de agua por el volumen que ocupa y lo mismo hacemos con las medidas obtenidas con el aceite.

¿Qué observaremos?

Masa / Volumen	Masa / Volumen
m1/V 1 = d agua m2/V 2 = d agua m3/V 3 = d agua	m4/V 4 = d aceite m5/V 5 = d aceite m6/V 6 = d aceite

Que los cocientes obtenidos con las medidas del agua son iguales entre sí, lo mismo que ocurre con las del aceite; pero, comparadas las unas con las otras, veremos que son diferentes.

¿Que hemos calculado en esos cocientes?

La masa de la unidad de volumen de cada uno de estos cuerpos, es decir, su densidad.

densidad de un cuerpo = masa del cuerpo / Volumen que ocupa

Sus unidades serán en el S.I. kg./m³

La densidad es una propiedad intensiva o característica de cada cuerpo, ya que permite identificar distintas sustancias; por ejemplo, varias muestras de oro de diferentes masas todas tienen la misma densidad. La densidad puede calcularse de forma directa midiendo la masa y el volumen de una muestra.

Los siguientes cubos tienen el mismo volumen, pero diferentes masas. ¿Cuál es el más denso? ¿Cuál el menos denso?

Experimento densidad

Crea una columna de densidades multicolor

El experimento consiste en apilar capas de distintos líquidos en un vaso teniendo en cuenta sus densidades.  Si además añades colorante crearás una impresionante columna de líquidos multicolor.

Materiales:

§  Un vaso alto, tarro o similar. A los niños les resultará más fácil si es de boca ancha.

§  Varios vasos con volúmenes más o menos iguales de distintos líquidos. Nosotros usamos, en este orden: miel, ketchup, detergente para los platos, agua, aceite para cocinar y alcohol.

§  Colorante (opcional) para el agua y el alcohol.

§  Cucharas.

Procedimiento:

§  Empieza poniendo el líquido más denso en el fondo del vaso. Sigue añadiendo líquidos en densidad decreciente.

§  Consejos para que todo salga bien:

§  Al echar los líquidos más viscosos como la miel, el ketchup y el detergente intenta que caigan en el centro del vaso para que no se queden pegados a sus paredes interiores.

§  Con los líquidos menos viscosos tienes que hacerlo muy despacio y con cuidado de no disturbar las capas anteriores. Para facilitar el proceso puedes hacer que el líquido caiga previamente sobre una cuchara antes de llegar a la capa. A los niños, sobre todo a los más pequeños, les va a costar hacer esta parte del experimento pero no hay que preocuparse, ya que, aunque las capas se mezclen un poco se seguirán diferenciando.