PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MATERIA

 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MATERIA

Si observemos nuestro entorno; al estar en un parque veremos árboles, pasto, agua, animales, bancas, juegos infantiles, etc.; y si estamos en una calle veremos edificios, autos, cables, anuncios, personas, entre muchas cosas.

Todo lo que nos rodea está formado por materia, pero ¿qué es la materia? Querer dar una respuesta satisfactoria a esta pregunta aún no es posible, pues de la materia únicamente se conoce su estructura.

Por tanto, decir que la materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, que es la forma clásica de definirla, impresiona nuestros sentidos, pero también es una forma imprecisa de hacerlo, porque no todo lo que existe en el espacio es registrado por nuestros sentidos.

Pero entonces, ¿cómo podemos definirla?, podemos decir que:

El concepto de materia ha evolucionado enormemente a partir de las teorías modernas y de los progresos de la Física Experimental. La materia es indestructible y puede ser transformada en energía. De la misma manera se puede crear materia a partir de energía radiante.

ESTADOS DE LA MATERIA

Cotidianamente convives siempre con los tres estados comunes de la materia: respiras el aire, bebes agua, y elaboras o construyes cosas con sólidos. En forma general estás familiarizado con la mayor parte de sus propiedades. Sin embargo no siempre se presentan en forma clara o bien definida.                                                                                                                                                                                                                                       

 Se puede considerar, sin embargo, que en la naturaleza existe un cuarto estado de la materia: el plasmático o plasma.

Si calientas un sólido, se puede derretir y formar un líquido. Un calentamiento adicional lo convierte en un gas. Si se aumenta aún más la temperatura, las colisiones entre sus moléculas se vuelven tan violentas que son capaces de variar la estructura de las partículas.

A temperaturas del orden de 1x105 oC  a 2x105 oC, todos los átomos se hallan disociados en núcleos y electrones mezclados sin orden y agitados violentamente en una especie de gas, que es el plasma.

A temperaturas mucho más elevadas, del orden de varios millones de grados, los choques entre las partículas son tan violentos que dos núcleos pueden vencer sus respectivas fuerzas de repulsión, fundiéndose en uno sólo de otro elemento más pesado con desprendimiento de energía, fenómeno conocido como fusión.

La diferencia principal entre gas y plasma es que el gas no puede conducir la electricidad mientras que plasma es un buen conductor de la misma. Industrialmente se da el nombre de plasma a gases ionizados, como los contenidos en los tubos de descarga de los rótulos luminosos con señales de neón y el alumbrado público de vapor de mercurio y sodio.

Sin embargo, en esta unidad analizaremos las propiedades fundamentales de la materia en sus más comunes formas o presentaciones que son: sólidos, líquidos y gases.

PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS

Cuando se baja la temperatura de un líquido, la energía cinética media de las partículas disminuye. Cuando las partículas se mueven más lentamente, las fuerzas de cohesión son más efectivas y las partículas ya no están en capacidad de sobreponerse unas a otras. Las partículas terminan por congelarse en un modelo fijo llamado red cristalina.

A pesar de las fuerzas que mantienen a las partículas en su lugar, éstas no dejan de moverse completamente, sino que vibran alrededor de sus posiciones fijas en la red cristalina.

Para su estudio los sólidos se clasifican en:

Por ejemplo, en el cristal del cloruro de sodio los átomos de cloro y sodio ocupan alternadamente los vértices de un cubo; otra estructura cristalina típica es  el cloruro de cesio.

En algunos materiales sólidos, las partículas no forman un modelo fijo. Sus posiciones son fijas, pero el modelo es variable. Estas sustancias no tienen una estructura regular pero sí tienen forma y volumen definidos, por lo que se denominan:

La mantequilla, la parafina y el vidrio son ejemplos de sólidos amorfos. Con frecuencia se clasifican como líquidos muy viscosos. Entre las propiedades más importantes están:

ELASTICIDAD

Los cuerpos sólidos en ocasiones no son tan rígidos  como los imaginamos, puesto que pueden tener variaciones  en su forma. Al aplicarle fuerzas externas, pueden torcerlo o doblarlo: cuando un átomo se desplaza respecto a su posición de equilibrio, las fuerzas atómicas internas actúan de tal modo que tienden a regresarlo a su posición original, como si los átomos de un sólido estuvieran ligados entre sí mediante resortes. Lo que da lugar a una propiedad que se llama:

Los trampolines, resortes, pelotas de golf, etc. Son ejemplos de sólidos elásticos. La elasticidad depende de las fuerzas electromagnéticas, que son las responsables de mantener unidas las partículas de una sustancia. Si las fuerzas aplicadas son mayores a un determinado valor, el cuerpo queda deformado permanentemente. El máximo esfuerzo que un material puede resistir antes de quedar permanentemente deformado se designa con el nombre de límite de elasticidad.

De lo anterior se deduce que todos los sólidos se deforman; es decir, se puede cambiar tanto su forma como su tamaño con la aplicación de fuerza externas a él. La deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que recibe. En otras palabras, si la fuerza aumenta al doble, la deformación también aumenta al doble; si la fuerza aumenta al triple, la deformación se triplica, y si la fuerza disminuye a la mitad, la deformación se reduce a la mitad; por ello se dice que entre estas dos variables existe una relación directamente proporcional.

LEY DE HOOKE

Las deformaciones elásticas (alargamientos, compresiones, torsiones y flexiones) fueron estudiados, en forma experimental, por Robert Hooke;  físico Inglés (1635 – 1703) que formuló la siguiente: 

En forma matemática se puede escribir como:

Donde:

F = fuerza aplicada

   k = constante de proporcionalidad

   x = deformación