Máquinas Simples

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Fuerzas de contacto y a distancia

Fuerza de contacto: para ejercer fuerza, necesita dos cuerpos que deben estar en contacto ej:


Fuerza a distancia: el cuerpo que ejerce fuerza y el que la recibe no está en contacto ej:

Sistema de fuerzas

Cuando aplicamos en forma simultánea varias fuerzas sobre un cuerpo, éstas forman un sistema de fuerzas. Cada una de esas fuerzas recibe el nombre de componentes. Se pueden diferenciar varios sistemas: 

Sistemas de fuerzas colineales, actúan sobre la misma recta. 

Sistemas de fuerzas concurrentes, las rectas de acción se cortan.

Sistemas de fuerzas paralelas, las rectas de acción son paralelas.

Teoría cinética de la materia

El modelo cinético molecular:

1. Estado sólido: las moléculas están muy juntas y se mueven oscilando alrededor de posiciones fijas. En el estado sólido las fuerzas de cohesión son muy grandes.
2. Estado líquido: las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son menos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse.
3. Estado gaseoso: las moléculas están totalmente separadas unas de otras y se mueven libremente; no existen fuerzas de cohesión.

La intervención de la temperatura en la teoría cinética de la materia. 

Cuando aumentamos la temperatura de un estado sólido, sus moléculas se moverán más rápidamente y aumentara la distancia entre ellas. Las fuerzas de cohesión disminuyen y llegará un momento en que éstas fuerzas son incapaces de mantener a las moléculas fijas, así las moléculas pueden desplazarse, el estado sólido entonces se va a convertir en un liquido.
Si aumenta la temperatura de un líquido, sus moléculas aumentara su rapidez, la distancia entre ellas irá aumentando y las fuerzas de cohesión van disminuyendo hasta que finalmente las moléculas pueden liberarse unas de otras, y así este conjunto de moléculas se convertirá en estado gaseoso.
Si se disminuye la temperatura de un estado gaseoso, disminuye la rapidez de sus moléculas y así unas a las otras se acercan, esto para que sus fuerzas de cohesión, que siempre aumentan al disminuir la distancia, puedan mantenerlas unidas, así pasará a estado líquido.
Si se disminuye aún más la temperatura, se moverán más lentamente las moléculas, así que la distancia entre ellas seguirá disminuyendo, las fuerzas de cohesión aumentarán más y llegará un momento que son lo suficientemente intensas como para impedir que las moléculas puedan desplazarse,obligándolas a ocupar posiciones fijas, así se ha convierte en estado sólido.


Teoría molecular de la materia

Cambios de estados

Cambios de estados - Simulación

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias.

Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal.

Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.

En el estado sólido las partículas están ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus posiciones. A medida que calentamos el agua, las partículas ganan energía y se mueven más deprisa, pero conservan sus posiciones. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión (0ºC) la velocidad de las partículas es lo suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción del estado sólido y abandonan las posiciones fijas que ocupan. La estructura cristalina se va desmoronando poco a poco. Durante todo el proceso de fusión del hielo la temperatura se mantiene constante. En el estado líquido las partículas están muy próximas, moviéndose con libertad y de forma desordenada. A medida que calentamos el líquido, las partículas se mueven más rápido y la temperatura aumenta. En la superficie del líquido se da el proceso de vaporización, algunas partículas tienen la suficiente energía para escapar. Si la temperatura aumenta, el número de partículas que se escapan es mayor, es decir, el líquido se evapora más rápidamente. Cuando la temperatura del líquido alcanza el punto de ebullición, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de vaporización, además de darse en la superficie, se produce en cualquier punto del interior, formándose las típicas burbujas de vapor de agua, que suben a la superficie. En este punto la energía comunicada por la llama se invierte en lanzar a las partículas al estado gaseoso, y la temperatura del líquido no cambia (100ºC). En el estado de vapor, las partículas de agua se mueven libremente, ocupando mucho más espacio que en estado líquido. Si calentamos el vapor de agua, la energía la absorben las partículas y ganan velocidad, por lo tanto la temperatura sube.

Estados de la materia

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso.

• Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
• Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
• Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión

Peso y Masa

El PESO es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos, depende de la distancia al centro de la tierra, por lo tanto será distinto en distintos lugares. el dinamómetro pesa porque mide la fuerza con que los cuerpos son atraídos por la tierra hacia su centro.

La MASA es la cantidad de materia que tienen los cuerpos, por lo tanto es igual en todos los lugares, no depende de la gravedad.La balanza con platillos mass, porque comparan el peso de las pesas con el peso del cuerpo, anulando el efecto de gravedad ya que es igual para los dos.
Cuando hablamos de... MASA/VOLUMEN = DENSIDAD
                                     PESO/VOLUMEN = PESO ESPECÍFICO

Métodos de fraccionamiento

Son procesos físicos de separación.
Destilación: consiste en transformar un líquido en vapor (vaporización) y luego condensarlo por enfriamiento (condensación).

Cristalización: se emplea para separa sólidos disueltos en solventes líquidos. puede hacerse por enfriamiento o calentamiento.

Cromatografía:  se emplea para separar solutos solidos disueltosen solventes. Está basado en la propiedad que tienen ciertas sustancias de absorber determinados solutos.

Métodos de separación de fases

¿Qué métodos se utilizan para separar las fases de una mezcla?

• SOLUBILIZACIÓN: consiste en disolver uno de los componentes de una mezcla sólida. luego se emplea el método siguiente.
• FILTRACIÓN y EVAPORACIÓN: se separa un sólido de un líquido. El sólido queda retenido en el papel de filtro. El líquido pasa a través de él o incorporando calor y así evapora el líquido. 
• DECANTACIÓN: Permite separar dos líquidos que no se mezclan o un líquido de un sólido insoluble. El componente más denso se ubica en la parte inferior del recipiente, puede asi volcarse el líquido o utilizando una ampolla de decantación. 
• CENTRIFUGACIÓN: es una decantación acelerada por fuerza centrífuga. 
• LEVIGACIÓN: Se emplea para separar por medio de una corriente de agua o aire, dos sólidos. Las partículas más livianas son arrastradas por la corriente.
• TAMIZACIÓN: Sirve para separar dos sólidos de distinto tamaño de granos.
• SUBLIMACIÓN: se emplea para separar un sólido volátil de otro no volátil por sublimación. 
• TRÍA: para separar cuerpos sólidos grandes mediante pinzas.
• IMANTACIÓN: permite separar un sistema formado por arena y hierro. El método consiste en colocar la mezcla sobre un vidrio o papel y deslizar por debajo un imán, siempre en el mismo sentido.

Composición de los Sistemas Heterogenéos

Suspenciones y Emulsiones

Cuando le agregamos agua al arena que esta en un recipiente formando un sistema material heterogéneo, observamos que las partículas de arena suspendidas en el agua, el sistema material con una fase solida y una liquida formado se denomina suspensión.

Si tomamos aceite y le agregamos agua. observamos que quedan gotas de aceites suspendidas en el agua. cuando agitamos las gotas se hacen más pequeñas y esa suspensión (líquido-líquido) se denomina emulsión. Sistema material heterogéneo formado por dos fases y dos componentes.

Suspensión y Emulsión como Sistemas Materiales Heterogéneos (sólido-líquido) y (líquido-líquido) respectivamente y que por el tamaño de sus partículas se denominan Dispersiones. 

Dispersiones

Las dispersiones pueden clasificarse según el tamaño de las partículas que forman la fase dispersa:

• Dispersiones groseras: puede ser observada a simple vista o por medio de una lupa.
• Dispersiones finas: no es observable a simple vista pero si a través de un microscopio.
• Dispersiones coloidales o soles: tiene un grado de división tal que solo puede distinguirse a través de ultramicroscopio, ya que la luz incide lateralmente sobre las partículas.
• Dispersiones moleculares: no pueden distinguirse ni aun con un ultramicroscopio, por lo tanto se trata se sist. homogéneos, son las soluciones.

Sistemas Materiales en relación con el medio

Según el intercambio con el medio ambiente se pueden clasificar en:

Sistemas Abiertos: son aquellos que intercambian materia y energía con el medio ambiente. Por ejemplo una pava con agua hirviendo.

Sistemas Cerrados: son aquellos que solo intercambian energía con el medio ambiente. Por ejemplo una lamparita encendida.

Sistemas Aislados: son aquellos que no intercambian ni materia ni energía con el medio ambiente. Por ejemplo: un termo con agua caliente, cerrado.

Propiedades de la materia

Las propiedades de la materia pueden clasificarse en:

• Intensivas o Extensivas (cualidades) 

• Organolépticas: son aquellas propiedades que pueden ser captadas a través de los sentidos, por ejemplo: color, olor, sabor, etc.

• Físicas o Químicas

Se denomina propiedad intensiva al valor medido que no depende de la cantidad de materia. Por ejemplo, la temperatura. Si tenemos dos recipientes con agua a la misma temperatura y los mezclamos, la temperatura de la nueva masa de agua seguirá siendo la misma. 

Se denomina propiedad extensiva al valor medido que si depende de la cantidad de materia, cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe. Por ejemplo, el volumen, la cantidad de calor o el peso.

Se denomina propiedad física a la que se puede medir y observar sin modificar la composición o identidad de la sustancia, por ejemplo: es posible determinar el punto de fusión del agua calentando un trozo de hielo y registrando la temperatura a la cual se transforma en líquido y seguimos teniendo la misma sustancia. (No cambia la sustancia inicial)

Se denomina propiedad química a la que se puede medir y observar modificando la composición o identidad de la materia. Por ejemplo la oxidación del hierro. para observar esta propiedad podríamos colocar un clavo en contacto con el aire. Con el tiempo se observará sobre su superficie una cubierta rojiza debido a la transformación del hierro metálico en el óxido de hierro. (Aparece una nueva sustancia).

Sistema Inhomogéneo

Son aquellos que poseen propiedades intensivas diferentes en por lo menos dos puntos del sistema pero sin superficies de discontinuidad. Ejemplo: aire atmosférico y/o agua de mar.

Sistema Heterogéneo

En las mezclas heterogéneas se observan, a simple vista, sus componentes. Son aquellas que poseen propiedades diferentes en dos o más puntos del sistema. 

Un ejemplo de mezcla heterogénea es la ensalada de frutas y/o agua con aceite. 

Fuerzas

Para empujar un mueble o levantar una caja, hay que hacer fuerza también lo hacemos para patear una pelota, pero no solo las personas ejercemos fuerza sobre los objetos, hay fuerzas que actúan por ejemplo cuando las bolas de billar choca con otra y la hace mover. 

En todos los cambios que observamos a nuestro alrededor interviene la fuerza.

Cuando hablamos de fuerza, estamos refiriendo a una magnitud física que se manifiesta de manera lineal y representa la intensidad de intercambio entre dos partículas o cuerpos (sistema de partículas). A partir de la fuerza, se puede modificar el movimiento o la forma de los cuerpos. La fuerza, como magnitud, tiene un sistema de unidad y puede manifestarse de diferentes maneras.

El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser:

 • modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe

 • modificación de su aspecto físico

También pueden ocurrir los dos efectos en forma simultánea. 

Estos efectos dependen de:

• La INTENSIDAD de la fuerza, el valor de ésta. Está relacionado con la cantidad de fuerza transferida de un cuerpo a otro.
• El PUNTO DE APLICACIÓN, el punto donde se aplicó la fuerza.
• La DIRECCIÓN que es la recta a lo largo de la cual actúa la fuerza. Puede ser VERTICAL u HORIZONTAL.
• El SENTIDO que es la orientación de la recta (derecha-izquierda-adelante-atrás-arriba-abajo).

Ejemplo de solubilidad

Según la cantidad de soluto que contenga una solución, la soluciones se clasifican en: diluidas, concentradas y saturadas. 

Un poco de polvo para preparar jugo se disuelve completamente en un vaso con agua. Cuando es poco soluto en una solución, se dice que la solución esta diluída. 

Cuando hay mucho soluto disuelto, la solución está concentrada. 

Si se sigue agregando polvo para jugo, llega un momento en que ya no se disuelve más y termina precipitando en el fondo del vaso. Cuando se llega al punto en que el soluto no se disuelve más, se dice que la solución está saturada.

Solutos y Solventes - Clasificación/ Características

Si un sólido o un gas se disuelven en líquido, se dice que el líquido es el solvente y el sólido o el gas, el soluto. 
En todas las soluciones, de cualquier tipo que sean, siempre hay una sustancia que está presente en mayor cantidad que la otra.  La que está en mayor cantidad se llama solvente y la que está en menor cantidad, soluto. El solvente disuelve al soluto o, lo que es lo mismo, el soluto se disuelve en el solvente.                         

Ejemplo:

¿Cómo se clasifican? 

Las soluciones se clasifican según la cantidad  de soluto y solvente que contengan…

1. DILUÍDAS: Cuando la cantidad de soluto se diluye fácilmente en el solvente, es decir, cuando la cantidad de solvente es suficiente para diluir la cantidad de soluto, estamos refiriéndonos a las soluciones diluidas.
2. CONCENTRADAS: Cuando la cantidad de soluto se diluye con menor facilidad que el solvente en comparación con las soluciones diluidas, entonces, hablamos de soluciones concentradas.
3. SATURADAS O SOBRESATURADAS: En el caso de que el solvente no diluya completamente al soluto, depositándolo en el fondo del recipiente, entonces decimos que es una solución  saturada o sobresaturada. 

Las soluciones adquieren el estado de agregación del solvente, pueden ser entonces sólidas, líquidas o gaseosas.

Características de las soluciones:

Las soluciones pueden ser ácidas, alcalinas o neutras, según los materiales que las componen.

• Las ácidas tienen sabor agrio como el vinagre, que es una solución diluida de agua y de ácido acético. También el sabor de algunas frutas, como el limón, la naranja y el pomelo, es agrio, porque contienen ácido cítrico. Existen ácidos, como el nítrico o el sulfúrico, que son muy peligrosos y no deben ser ingeridos. Además, provocan quemaduras en la piel.
• Las soluciones alcalinas tienen sabor amargo y son resbalosas al tacto. Muchos productos de limpieza, como los que contienen amoníaco, los destapa cañerías y los líquidos para limpiar el horno, son soluciones alcalinas.

      Las soluciones ácidas y las alcalinas se neutralizan entre sí. Por eso, para combatir la acidez estomacal se ingiere una solución alcalina de bicarbonato de sodio y agua, leche de magnesia u otros antiácidos.

• Neutras: hay otras soluciones que no sin ácidas ni alcalinas, son neutras. El agua pura es neutra. Existen jabones elaborados con soluciones neutras, pero en su mayoría, los polvos jabonosos y los jabones de tocador son alcalinos.

Mezclas y disoluciones:

La materia puede mezclarse o diluirse. La mezcla es la unión de dos o más sustancias sin perder sus características propias y pueden separarse por métodos sencillos.
En la disolución en cambio, hay sustancias que se fusionan, dando lugar a una mezcla que es difícil separar.

Soluciones - Ejemplos

Una solución puede ser una mezcla de dos sustancias liquidas, como el agua y el alcohol.

De una liquida y una solida, como el agua salada o agua y polvo de jugo.

También hay soluciones que son mezclas de distintos gases, como el aire que respiramos cuando no está contaminado con polvo o partículas solidas.

De líquidos con gases, como el agua natural, que contiene oxígeno disuelto. 

Soluciones formadas por materiales sólidos a las que se llaman aleaciones.

Composición de los sistemas materiales homogéneos

Las soluciones son sistemas homogéneos que pueden fraccionarse en componentes más sencillos por medio de la destilación o la cristalización. Dichos componentes, a su vez, son sustancias puras. La aplicación sucesiva de métodos de separación de fases y de fraccionamiento, permite obtener un conjunto de sustancias puras, a partir de un sistema heterogéneo.

• Sustancias puras: es aquel sistema que está formado por una sola sustancia. Una sustancia pura es un sistema homogéneo a partir del cual no es posible obtener otras sustancias por medio de métodos de fraccionamiento. 

• Pueden ser simples o compuestas: Las simples están formadas por un único tipo de elemento, ejemplo: ozono y el oxígeno. Las compuestas, por ejemplo el H₂O, se separan por el método de descomposición.

Los químicos llaman SOLUCIÓN a las mezclas homogéneas. 

En una solución de agua y azúcar, el azúcar se denomina SOLUTO y el agua se llama SOLVENTE. 

En general, en las mezclas se llama soluto al  material que está en menor cantidad mientras que el queexiste en mayor cantidad recibe el nombre de SOLVENTE o DISOLVENTE. 

• Soluciones: cuando el sistema tiene una sola fase visible. Las disoluciones están formadas, como mínimo, por un disolvente y un soluto. Ejemplo: la salmuera, compuesta por agua y sal de cocina; un licuado de banana y leche; las aleaciones de los metales, etc.
• Suspensiones: algunos medicamentos, como los antibióticos, en cuyos envases podemos leer: “agítese antes de usar”, precisamente porque sus componentes no son soluciones.

       Los componentes de una suspensión se pueden separar mediante decantación y filtración.

       Los componentes de una solución pueden ser separados a través de destilación y cristalización.

Sistema Homogéneo

En química, un sistema homogéneo es aquel sistema material que está formado por una sola fase,  sus componentes son difíciles de distinguir, es decir que tiene igual valor las propiedades intensivas en todos sus puntos o de una mezcla de varias sustancias que da como resultado una sustancia de estructura y composición uniforme. Una forma de comprobarlo es mediante su visualización. 

Un sistema homogéneo es, por ejemplo, la mezcla de sal común sobre agua. La sal se disuelve en el agua de tal forma que es imposible verla a simple vista. El sistema constará de una sola fase y será homogéneo. Otros ejemplos de este tipo de mezcla el café o el té con leche.

Las mezclas homogéneas pueden ser sólidas, como una torta; liquidas como el mate, y gaseosas como el aire que es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y otros gases. 

A las mezclas homogéneas se las denomina soluciones. En las soluciones intervienen materiales solvente que son los que disuelven como el agua, y solutos, que son los que se disuelven como el café, que al mezclarse con el agua forman una solución.

¿Qué es un Sistema Material?

Se denomina Sistema Material a un cuerpo o conjunto de cuerpos aislados para el estudio, es decir una porción de universo aislada en forma real o imaginaria.

¿Que son las Ciencias Naturales?

Ciencias naturales, ciencias de la naturaleza, ciencias físico-naturales o ciencias experimentales son aquellas ciencias que tienen por objeto el estudio la naturaleza. Estas ciencias se estudian a través de cinco ramas: ( por eso se las llama en plural) Biología, Física, Química, Geología y Astronomía.

    

1. La Biología estudia el origen la evolución y las matrices de comportamiento de los seres humanos y los organismos con vida del planeta. 
2. La física estudia y analiza los estados de la materia, estructura y composición. 
3. La química estudia las interacciones de los distintos tipos de materias y sus consecuencias al medio ambiente y comportamiento de los elementos del planeta.
4. La geología analiza el interior del globo terrestre (materia, cambios, estructuras, etc.). La hidrología, la meteorología y la oceanografía son ciencias que pueden incluirse dentro de la geología.
5. La Astronomía se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y la investigación de su origen.