Características de la materia. ¿Qué percibimos de las cosas?

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La diversidad de los objetos

Características de la materia. ¿Qué percibimos de las cosas? 1.1

¿Te has dado cuenta de que en todas las actividades de la vida diaria usamos nuestros sentidos? Por ejemplo, cuando preparas un alimento, tu sentido del gusto te indica si le falta o le sobra sal. Por medio del olfato sabemos si un alimento se echó a perder. ¿Cómo sientes los labios cuando te llenas la boca con merengue? ¡Y qué deliciosa sabe el agua cuando la bebes con mucha sed o después de empalagarte con el merengue! También con tus sentidos percibes la suavidad al comer un chocolate o la dureza al morder un hueso, o la diferencia entre la textura de un globo y la de un balón.

3.2. La materia que nos rodea se encuentra en diferente estado: sólido, líquido y gaseoso.

Podemos clasificar las cosas que percibimos en sólidas, por ejemplo el hielo o un caramelo; líquidas, como el agua o la leche; y gaseosas, como el aroma que desprende el olor de la comida. Éstos son algunos estados de la materia.

No podemos determinar qué tanto te gusta la nieve de limón, pero sí es posible saber cuánta masa de este postre puedes comer, midiéndola con instrumentos como balanzas y básculas.

La masa es la cantidad de materia que forma un cuerpo, y es una característica muy importante de toda la materia.

Muchas cosas tienen masa, pero puede ser difícil responder si otras, como el aire, la poseen.

3.3. La balanza es uno de los instrumentos de medición más antiguos. Se cree que la inventaron los egipcios y los babilonios, hacia el año 5 000 a.n.e. Las primeras balanzas consistían en un simple trozo de madera dura, suspendida de una cuerda, y dos platos que colgaban de los extremos, también mediante cuerdas. En uno de los platos se colocaban unidades patrón (“pesas”), y en el otro, el objeto a pesar. De hecho, aún se emplea en algunas poblaciones de nuestro país, como se muestra. Este sistema sigue siendo el principio de las balanzas modernas.

En el Ateneo

1. ¿El aire tiene masa?

Para responder esta pregunta necesitas dos globos iguales y una balanza muy sensible. ■ Construye tu balanza como lo hacían los babilonios, que está basada en una máquina simple, ¿en cuál de ellas?

Procedimiento

■ Cuelga un popote de su centro. Coloca en cada extremo los objetos que vas a comparar (en este caso los globos). ■ Ata un hilo o cordel en el centro del popote. Para comprobar si el hilo está en el lugar correcto, revisa que el popote se encuentre por completo en posición horizontal. ■ Mide la masa de los globos con la balanza o báscula del laboratorio y sujétalos, sin inflarlos, de los extremos de tu popote. Sus masas deben ser iguales. ■ Llena uno de los globos con aire y colócalo en uno de los extremos de la balanza, en el otro extremo deja el globo sin aire. • ¿Qué mide tu balanza? Entonces, ¿el aire tiene masa? ■ Discute en grupo tus conclusiones.

2. ¿Y cuánto es un kilo? Necesitas

1 balanza o báscula 1 pesa de 1 kg (usa las del laboratorio de tu escuela, 1 kg de agua (en un recipiente) con capacidad para medir más de 1 kg) 1 kg de algodón 1 kg de frijol 1 kg de clavos

Procedimiento

■ Con tu pesa comprueba que la báscula, o balanza, mida un poco más de 1 kg, y deposítala en uno de sus extremos. ■ En el otro extremo coloca cada sustancia u objeto de la lista. ■ Analiza y responde con tu equipo las siguientes preguntas: • ¿Cuál es la masa de cada una? • ¿Cuánto espacio ocupa cada una? • ¿Por qué ocupan diferente espacio? • ¿Cómo podrías medirlo? • ¿Los kilogramos de distintas sustancias ocupan el mismo espacio?

3.4. ¿Cuál crees que será la posición de la balanza? ¿Por qué?

Vaso con papel

Recipiente con agua

Existe otra característica muy importante de la materia: su volumen. ¿Crees que todas las cosas ocupan un volumen? Tal vez te parece que una hoja de papel sólo tiene área, porque a simple vista no percibes su grosor. Sin embargo, si la revisas con cuidado, observarás que sí lo posee pero es muy pequeño. La ciencia también ha desarrollado instrumentos para medir con mayor precisión esta propiedad. El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Todos los cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos tienen volumen.

En el Ateneo

1. ¿El aire tiene volumen?

Para comprobar si el aire ocupa un lugar en el espacio, es decir si tiene volumen, realiza la siguiente experiencia.

Procedimiento

■ Coloca papel higiénico (como se muestra en la fotografía de la izquierda), en el fondo de un vaso, de manera que no se caiga con facilidad. ■ Sumerge el vaso, volteado hacia abajo, en un recipiente con agua. ■ Mantenlo en esta posición el tiempo que quieras. ■ Cuando lo saques, observa el papel. ¿Está mojado? ¿Piensas que el agua no lo mojó? • Si soplas aire dentro de un globo, ¿qué le pasa al espacio que ocupa el globo? Entonces, ¿el aire ocupa un lugar en el espacio?, es decir, ¿tiene volumen? • ¿Cómo podrías medir cuánto volumen ocupa el aire?

Ahora te proponemos una actividad en la que usarás agua para saberlo y también te ayudará a comprender que hay varias formas de medir el volumen de las cosas.

2. Construye un decímetro cúbico

■ Tu recipiente medirá exactamente 10 cm por lado (10 de largo 10 de ancho 10 de alto). ■ Esto formará un cubo de 1 000 cm 3 , que es lo mismo que 1 dm 3 . ■ Revisa esta relación con tu maestra o maestro, porque es muy importante que la comprendas con claridad. ■ Como tu recipiente contendrá agua, verifica que esté bien sellado para que no se escurra ni deforme cuando lo llenes. ■ Reúnete con tu equipo, decide qué materiales vas a usar. Puedes elaborar el cubo con cartón grueso forrado con plástico y sellado con silicón o plastilina y ¡manos a la obra!

Además del cubo, necesitarás un envase de agua o leche vacío de 1 litro (1 L) y una báscula.

Procedimiento

■ Mide la masa de tu recipiente y déjalo sobre la báscula. ■ Llena el envase de 1 litro con agua, exactamente hasta la marca del litro. ■ Vierte el agua del envase en tu recipiente que está sobre la báscula: ¿cabe toda el agua? ¿Sobra espacio? ■ Registra lo que mide la báscula. ■ Compara tus resultados con tus compañeros y compañeras.

…

… en el Ateneo

■ Responde las siguientes preguntas: • ¿Cuál es la masa del agua? • ¿Cuál es el volumen del agua en dm 3 ?, ¿y en litros? • ¿Qué relación existe entre decímetros cúbicos y litros? ■ Discute con tus compañeros cuánto aire le cabe a tu decímetro cúbico y al envase de leche vacío. Usa tus respuestas para resolver el siguiente reto: • Tengo 3.5 L de aceite y los quiero guardar en 1 caja. ¿De cuántos decímetros cúbicos debe ser? La conclusión que obtengas de este trabajo es importante, ya que normalmente no nos damos cuenta de que el volumen se mide en litros y también en unidades de longitud al cubo.

Además de la masa y el volumen hay otra característica muy útil para describir la materia, que es la relación entre la masa de un cuerpo y su volumen.

La densidad (cuyo símbolo es la letra griega ro, ) es la cantidad de masa que se encuentra en una unidad de volumen y se expresa de la siguiente manera: densidad masa volumen ; es decir m V

En las unidades básicas del SI la masa se mide en kg, el volumen en m 3 , y las unidades de la densidad son kg/m 3 . Si la masa se mide en gramos (g) y el volumen en cm 3 , las unidades de la densidad serían g/cm 3 .

Con ciencia

1. Densidad del agua en el Sistema Internacional

En el Ateneo de la página anterior mediste la masa de 1 L de agua y también expresaste su volumen en cm 3 y en dm 3 . Para tener este volumen en unidades del SI hay que convertirlos a m 3 . Puedes revisar las tablas de las páginas 255-259. Como 1 m = 10 dm Si elevamos al cubo ambos lados de la igualdad, tenemos (1 m) 3 = (10 dm) 3 1 m 3 = 1 000 dm 3 = 1 000 L ¿Ya observaste que 1 m 3 tiene 1 000 dm 3 ? Para tener la densidad del agua en unidades del SI debes convertir dm 3 en m 3 .

1 1 1 000 0 001 1 3 3 3 3 dm m dm m= ==. 000 1 3 cm L= ( )

El volumen de 1 kg de agua químicamente pura es 1 dm 3 = 0.001 m 3 . Para encontrar la densidad del agua en unidades del SI sólo sustituye estos valores:

m V 1 kg 0.001 m 1 000 kg m 3 3

3.6. Esta vinagrera antigua tiene dos llaves que permiten la salida de aceite, por un lado, y de vinagre, por otro, aprovechando la diferencia de densidades.

Consulta a tu profesor o profesora de Matemáticas para las conversiones de unidades de volumen y de capacidad.

¡Conéctate!

Para esta búsqueda teclea las palabras clave densidad definición o entra a la página:

www.kalipedia

Selecciona el botón de “ciencias naturales”. En la sección galería podrías ver un video llamado “Flotabilidad del huevo”.

Los conceptos que construimos nos permiten entender propiedades de los cuerpos, como el volumen o la masa del aire; los instrumentos nos ayudan a medirlas, algo que no lograríamos sólo con nuestros sentidos.

En el Ateneo

1. ¿Qué flota?

Necesitas

1 recipiente, de preferencia transparente, con capacidad para 0.5 L y lleno a la mitad con agua 50 mL de aceite o glicerina Clips, maderas, hielo, tapas plásticas de plumas, canicas u otros objetos

Procedimiento

■ Antes de colocar los diferentes materiales sobre la superficie del agua, pronostica si se hundirá o no y por qué. Vierte el aceite o la glicerina hasta que hayas probado con todos los objetos. ■ Lleva a cabo esta experiencia en equipo, para que escuches las opiniones de los demás y después responde las siguientes preguntas: • ¿Por qué algunos objetos muy pequeños se hunden, en cambio otros grandes flotan? • ¿Depende de cómo los deposito en la superficie del agua para que floten o no? ¿Por qué? • Los cuerpos que flotan en el agua, ¿serán más densos o menos que ella? ¿Por qué? • ¿Los que se hunden tendrán densidades mayores que 1 000 kg/m 3 ? ¿Por qué? • ¿El aire flota? ¿Por qué? ■ Investiga en Internet o en tu biblioteca las tablas de diferentes densidades de materiales y comprueba tus resultados. Para determinar con precisión por qué un objeto flota o no, es necesario contar con más información, que en las próximas lecciones tendrás oportunidad de estudiar.

¿Qué aprendí en esta lección?

Podemos descubrir muchas propiedades generales de la materia, como su masa, volumen y densidad.

La masa (m) es la cantidad de materia de un cuerpo, y en el SI se mide en kilogramos.

El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo, y en el SI se mide en m 3 .

La densidad es la cantidad de masa que se encuentra en una unidad de volumen determinado, y su expresión es:

densidad masa volumen ; es decir

m V