Densidad

Qué es densidad?

Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un material: su densidad.

Bloques de plomo y de corcho.

La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

Probablemente a veces hemos escuchado hablar de densidad de la materia o de la densidad de un bosque o de la densidad poblacional.

Supongamos que vamos a ver un partido de fútbol y nos damos cuenta de que en las galerías del estadio hay muy poca gente. Si dividimos todos los asientos disponibles por el número total de asistentes tendremos como resultado un valor numérico grande, donde habrá más de un asiento por cada persona presente. Si el estadio está lleno totalmente, en la división propuesta tendríamos un valor numérico menor, si no sobran asientos, la división sería uno y significaría que hay un asiento por persona.

Dividir un espacio disponible por el número de personas presentes nos refleja el concepto de densidad poblacional. También sabemos que Santiago tiene más densidad poblacional que la ciudad de Limache. Eso significa que en Santiago hay más personas por metro cuadrado de superficie que en Limache. En los textos de geografía suele darse información sobre densidad de la población en diversas ciudades del país y del planeta.

Es altamente probable que en un bosque de pinos, que a futuro será madera, la densidad de los pinos plantados sea mayor que el de una plaza de una ciudad. Si contamos los pinos que hay en un cuadrado de 50 metros de lado, probablemente en el bosque hay más pinos que en la plaza. Entonces diríamos que el bosque tiene mayor densidad de árboles plantados que la plaza de la ciudad.

Unidades de materia en cada cuerpo.

Ahora bien, un cuerpo está formado por materia y cada punto que contiene vendría a representar la unidad de la materia. Por mucho tiempo se consideró que el átomo era la unidad de la materia, ahora se sabe que no lo es, pero por ahora es conveniente que hablemos del átomo como unidad de la materia.

Una pequeña colección de átomos da origen a una molécula. Y una gran colección de moléculas da lugar a un cuerpo de algún tipo de sustancia. Las moléculas, con su respectivo tamaño y número de átomos, son diferentes para cada sustancia.

En Física tenemos que trabajar con cuerpos que tienen materia, por lo tanto cada unidad de materia podría significar una molécula o un átomo. Si el cuerpo es una sustancia pura, de un solo elemento (como un trozo de aluminio puro por ejemplo), entonces cada unidad material será un átomo, pero si el cuerpo es una sustancia compuesta (como un trozo de bronce por ejemplo), cada unidad material podrá considerarse como una molécula.

Cuántas unidades de materia hay en un cuerpo con determinado volumen determinan el concepto de densidad.

Como cada unidad material representa un átomo o molécula y estos tienen masa, la que se mide en gramos o en kilogramos, entonces la densidad de una materia representa cuántos gramos o kilogramos hay por unidad de volumen.

Hay sustancias que tienen más átomos por unidad de volumen que otros, en consecuencia tienen más gramos, o kilogramos, por unidad de volumen. Por lo tanto, hay sustancias que tienen más densidad que otros.

La densidad del agua, por ejemplo, es de 1 gr/cm³. Esto significa que si tomamos un cubo de 1 cm de lado y lo llenamos de agua, el agua contenida en ese cubo tendrá una masa de un gramo.

La densidad del mercurio, otro ejemplo, es de 13,6 gr/cm³. Esto significa que en un cubo de 1 cm de lado lleno con mercurio se tiene una masa de 13,6 gramos.

Los cuerpos sólidos suelen tener mayor densidad que los líquidos y éstos tienen mayor densidad que los gases.

Lo anterior está dado por el hecho de que en un gas las partículas que lo componen están menos cohesionadas, en términos vulgares esto significa que están más separados. En los líquidos hay mayor cohesión y en los sólidos la cohesión es mayor aún.

Y, entre los sólidos, hay sustancias que tienen diferentes densidades, por ejemplo: el plomo es de mayor densidad que el aluminio. Lo mismo ocurre entre los líquidos y entre los gases.

En general cada sustancia, pura o compuesta, tiene diferente densidad.

10 ejemplos de densidad:

1. La densidad del acero es mayor que la del algodón, ya que un kilo de acero ocupa menos volumen que un kilo de algodón.

1. La densidad del agua es mayor que la del vapor de agua, puesto que hay más moléculas en un litro de agua que en un litro de vapor.

1. La densidad de población de una ciudad hace referencia al número de habitantes por kilómetro cuadrado.

1. La densidad de asistencia a un estadio es dada por la división entre las personas que asistieron a éste, dividida entre el número de lugares disponibles en el mismo.

1. La densidad de un bosque hace referencia al número de árboles que hay por hectárea cuadrada.

1. La densidad de tráfico de una ciudad es mayor a las 3 de la tarde que a las 2 de la mañana.

1. La densidad de cabello de una persona es mayor a sus 18 años que cuando tiene 50.

1. La densidad de vuelos de un aeropuerto es el número de vuelos por hora que presenta.

1. El hielo flota en el agua porque su densidad es menor, es decir hay menos moléculas en un litro de hielo que en el mismo volumen de agua.

1. Un clavo se hunde en agua porque es más denso que ella, pero en mercurio flota porque éste es más denso que el clavo.

3a LEY DE NEWTON

"A toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de la misma magnitud pero de sentido contrario".

A esta ley también se le conoce como la ley de la Acción y la Reacción porque la fuerza siempre se manifestará en pares: Esto significa que siempre en que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro este también ejerce una fuerza sobre él.

Se nombra fuerza de acción a la que es ejercida por el primer cuerpo que origina una fuerza sobre otro objeto, por lo tanto se denomina fuerza de reacción a la es provocada por el cuerpo que recibe y reacciona.

En el siguiente ejemplo, una persona ejerce una fuerza de acción (F acción) sobre la pared y la pared al mismo tiempo ejerce una resistencia que es la fuerza de reacción sobre el cuerpo de la persona, esta fuerza tiene el mismo valor pero sentido contrario:

 Si se hace chocar dos bolas, una en reposo (verde) y otra en movimiento (azul), al momento del choque la bola azul ejerce una fuerza de acción sobre la verde haciendo que esta se mueva en el sentido de la fuerza de la bola azul, pero al mismo tiempo la bola verde ejerce una fuerza de reacción sobre la azul y por ello es que después del choque pareciera que la bola azul "rebota" o retrocede:

Cuando se dispara un arma, la bala sale disparada hacia el frente pero al mismo tiempo se ejerce una fuerza hacia atrás por lo que el disparador recibe sobre su cuerpo el impulso de esta fuerza:

Los siguientes ejemplos también representan esta ley:

Podemos realizar una pequeña experiencia si colocamos un globo inflado sobre un carro de juguete y lo dejamos desinflarse, el resultado será que el carro se moverá por las fuerzas de acción y reacción:

2a LEY DE NEWTON

"La fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa por la aceleración que adquiere como consecuencia de dicha fuerza"

O también "La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa"

Esto quiere decir, si aplicamos una misma fuerza en dos objetos de diferente masa, por ejemplo una pelota de golf y un camión, con la misma fuerza la pelota de golf se acelerará mucho más que el camión, éste quizá ni notemos que se mueva, por lo tanto, al aplicar una misma fuerza con:

a) Menor masa se produce= mayor aceleración
b) Mayor masa se produce = menor aceleración

La segunda ley de Newton queda expresada matemáticamente de la siguiente forma:

F = m.a

donde:
F= fuerza neta que se aplica sobre un cuerpo
m = masa del cuerpo
a= aceleración que adquiere el cuerpo

Ejemplo 1: ¿Cuál es la fuerza que aplicada los neumáticos de un auto de 400 kg de masa le provoca una aceleración de 5 m/2?

Ejemplo 2. Obtén el valor de la aceleración que adquiere una bala de cañón de 9 kg de masa, cuando se le aplica una fuerza de 2000 N.

PRIMERA LEY DE NEWTON

Las leyes de Newton son principios que permiten explicar el movimiento de los cuerpos terrestres y de los astros, fueron propuestas por Isaac Newton en 1867, sin embargo, solo son aplicables a cuerpos inerciales, es decir aquellos objetos cuya velocidad sea menor a la de la luz (300.000 km/s).

Primera Ley de Newton también conocida como Ley de la Inercia.

"Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento a menos que una fuerza actúe sobre él"

Es decir, ningún cuerpo puede moverse o detenerse sin que una fuerza se aplique en él, por ejemplo, los planetas del sistema solar permanecen en constante movimiento, así han estado por miles de años y no cambiará esta situación a menos que una fuerza se aplique sobre ellos.

 En los siguientes ejemplos, si se jala rápidamente el mantel la botella y los trastes se mantendrá en pie porque la fuerza sólo se aplica sobre el mantel no sobre los demás objetos.

 Otro ejemplo es que si una persona va sobre un objeto en movimiento (bicicleta, carro, etc.) y éste repentinamente se detiene, el cuerpo de la persona saldrá expulsado hacia el frente pues por inercia, el cuerpo tratará de seguir con la misma velocidad y dirección con la que iba inicialmente.

Lo mismo sucede si inicialmente un objeto está en reposo sobre otro y éste repentinamente se acelera, entonces, el cuerpo será expulsado hacia atrás pues tratará de mantener su estado de reposo y velocidad cero que tenía inicialmente.

 La resistencia que opone un objeto para cambiar su estado de reposo o de movimiento se conoce como inercia y esta propiedad depende de la cantidad de masa del objeto, es decir, si no existe una fuerza que actúe sobre el objeto, este permanecerá en su estado de reposo o de movimiento y entre mayor masa tenga mayor será la fuerza necesaria para cambiar su estado, es decir, mayor será su inercia.

CIENCIAS II Fuerza

1. ¿Qué es fuerza?
2. ¿Qué tipos de fuerza existen?
3. ¿Cómo se representan las fuerzas?

1. ¿Qué es fuerza?

Fuerza es una interacción entre dos o más objetos y que es capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo así como la forma de los objetos, por ejemplo, se requiere de fuerzas para modificar su velocidad, ponerlos en movimiento si estaban inmóviles, detenerlos, romperlos, cambiar su forma, romperlos, empujarlos, etc. 

Debe haber  dos cuerpos: Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" a sí misma). 

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades es el Newton (N)

Un newton es la fuerza que, al ser aplicada a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado.

En  el sistema CGS la unidad es dinas (símbolo, dyn) y en el sistema técnico en kilopondio (símbolo: kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente un kilo.

2. ¿Qué tipos de fuerza existen?

Se acostumbra a dividir a las fuerzas en dos tipos generales:

• Fuerzas de contacto, las que se dan como producto de la interacción de los cuerpos en contacto directo; es decir, chocando sus superficies libres, por ejemplo: golpear con un martillo, patear una pelota, empujar un carro, apretar un tornillo, levantar pesas, al jalar una locomotora de los vagones, al realizar un esfuerzo muscular para cargar algo, etcétera, siempre hay un efecto.

• Fuerzas a distancia, se producen cuando los cuerpos están separados cierta distancia unos de los otros, por ejemplo: fuerza gravitatoria (gravedad de la tierra, gravitación de los planetas, etc.), el magnetismo y la electrostática.

             

 

 3. ¿Cómo se representan las fuerzas?

 • La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formando un ángulo dado con la horizontal, etc., por ello se considera que la fuerza es una magnitud vectorial pues puede representarse con vectores. Por ejemplo:

Un hombre ejerce una fuerza sobre el burro, empujando o tirando de él.

Las fuerzas pueden sumarse o restarse.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección y en el mismo sentido, entonces la suma es la suma aritmética de ellas. Si sus valores son 40 Newton y 30 Newton, el resultado sería 70 Newton en la dirección y sentido común que tienen, el resultado se denomina Fuerza Resultante.

La Fuerza resultante es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos distintos (una a la derecha y la otra a la izquierda, por ejemplo) entonces la suma es la diferencia entre ellas (resta), con la misma dirección pero el sentido de la fuerza mayor. Si sus valores son 40 Newton a la derecha y 30 Newton a la izquierda, entonces la fuerza resultante sería 10 Newton a la derecha.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos opuestos y resulta que las dos fuerzas tienen el mismo valor numérico, entonces la suma de ellas dará como resultado el valor 0. En este caso se puede decir que las fuerzas se anulan.

CIENCIAS 2 MOVIMIENTO ONDULATORIO

En este tema contestarás las siguientes preguntas:

1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?
2. ¿Qué es una onda?
3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?
4. ¿Cuál es la estructura de una onda?
5.¿Qué es la frecuencia de onda?
6. ¿Qué es el periodo de onda?

1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?

El movimiento ondulatorio es la propagación de una onda ya sea en el vacío o en un medio material (sólido, líquido o gaseoso). 

2. ¿Qué es una onda?

Es la propagación o movimiento de una perturbación en un medio, las ondas no trasladan materia pero si diferentes cantidades y tipos de energía. Si estuviese un cuerpo en el medio en que se transporta una onda, este cuerpo se movería muy poco y no cambiaría su posición con el paso de las ondas como puede observarse en el siguiente video:

3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?

a) En función del medio en el que se propagan pueden ser:

• Ondas Mecánicas son aquellas que se propagan en un medio material (sólido, líquido o gaseoso), por ejemplo: las ondas sonoras que tienen diferente rapidez según sea el medio en el que se mueva:

¿Por  qué la velocidad del sonido es más rápida en los sólidos que en los gases?  La respuesta tiene que ver con la estructura de la materia, en los sólidos las moléculas son más y están más cerca que en los líquidos o en los gases y las ondas del sonido requieren de un medio material (moléculas) para transmitirse.

• Ondas No mecánicas son aquellas que no necesitan un medio material para transmitirse, es decir, se propagan en el vacío, por ejemplo, las ondas electromagnéticas como la luz.
• Ondas gravitacionales: son aquellas que viajan en el vacío a la velocidad de la luz y perturban la geometría espacio - temporal.

b) En función de la dirección en que vibran:

Ondas Longitudinales: El movimiento local del medio alcanzado por la perturbación se efectúa en la dirección de avance de la onda, por ejemplo: un resorte, el sonido.

• Ondas Transversales: La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación, por ejemplo, las ondas del agua, una cuerda, un sismo, etc.

c) En función de su periodicidad:

• Ondas periódicas: Las ondas se producen en ciclos repetitivos, como en un péndulo.
• Ondas no periódicas: Las ondas no se repiten constantemente, sino de forma aislada, también se les conoce como pulsos.

También puedes observar el siguiente vídeo:

4. ¿Cuál es la estructura de una onda?

Cresta: es la parte más alta de la onda.

Valle: es la parte más baja de la onda.

Longitud de onda: es la distancia que existe entre cresta y cresta o entre valle y valle.

Amplitud de onda: es la distancia que existe desde la posición de equilibrio hasta la parte más baja o más alta de la onda.

5. ¿Qué es la Frecuencia de onda?

Es el número de crestas o valles que pasan por un punto en la unidad de tiempo.

Puede calcularse con la siguiente ecuación:

La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz) donde: 

6. ¿Qué es el Periodo de onda?

Oscilación completa: se produce cuando se genera una cresta y un valle sucesivos.

Periodo de onda: es el tiempo que transcurre para llevarse a cabo una oscilación completa.

CIENCIAS 2 Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

1. ¿Qué es la aceleración?
2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento?

1. ¿Qué es la aceleración?
La aceleración es el cambio de rapidez de un cuerpo respecto al tiempo, se trata de una magnitud de tipo vectorial. Las unidades de aceleración son metros sobre segundo al cuadrado:

Se llama movimiento rectilíneo uniformemente acelerado porque el movimiento sigue una línea recta y lleva una aceleración constante.

La aceleración puede ser positiva si un cuerpo aumenta su rapidez.
La aceleración puede ser negativa si disminuye la rapidez del cuerpo en movimiento.

2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento?

Para calcular la aceleración debemos conocer cuál es el cambio de rapidez o velocidad que tuvo el cuerpo y que se representa de la siguiente forma:

También es necesario conocer cuál fue el cambio que se produjo en el tiempo y que se representa así:

De tal forma que nuestra ecuación queda de la siguiente manera:

 (Ecuación 1)

 donde:
Velocidad final (Vf) es la velocidad del cuerpo cuando termina de acelerarse
Velocidad inicial (Vi) es la velocidad del cuerpo al iniciar la aceleración
Tiempo final (tf) se refiere al momento en el que terminó la aceleración y
Tiempo inicial (ti) es el momento en que inicia la aceleración
        
Si la Velocidad inicial y el tiempo inicial es igual a cero porque parten del reposo, la ecuación queda de la siguiente forma:

A partir de la ecuación 1, podemos despejar otras ecuaciones para calcular las otras variables involucradas:

Ecuaciones para el movimiento uniforme acelerado