¿Qué es la materia?

Imagina que estás sosteniendo un lápiz, bebiendo un vaso de agua o incluso respirando aire. ¿Qué tienen en común estas tres cosas? ¡Todas están hechas de materia! La materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio, y hoy vamos a descubrir las propiedades fascinantes que definen a la materia.

Propiedades Cualitativas: Lo que Percibimos con Nuestros Sentidos

No todas las propiedades de la materia se pueden medir con números. Algunas propiedades dependen de cómo percibimos la materia con nuestros sentidos. Estas son propiedades cualitativas, y aunque no se pueden medir, son igual de importantes.

• Color: El color es una propiedad que podemos ver y que nos ayuda a identificar diferentes tipos de materia. Por ejemplo, las fresas son rojas y las hojas de los árboles son verdes. ¿Alguna vez te has detenido a admirar el arcoíris después de una lluvia? Cada color que ves es una propiedad cualitativa de la luz que se refleja en las gotas de agua.

• Textura: La textura describe cómo se siente la superficie de un objeto cuando lo tocamos. Por ejemplo, la suavidad de un cojín de terciopelo o la aspereza de una piedra son ejemplos de texturas que puedes notar con tus manos.

• Olor: El olor es una propiedad que percibimos con nuestro sentido del olfato. Cada tipo de materia puede tener un olor diferente, como el aroma del café recién hecho por la mañana o el olor a hierba recién cortada en el parque.

• Sabor: El sabor es otra propiedad cualitativa que percibimos con nuestra lengua. Piensa en lo diferente que sabe una galleta dulce de una papita salada. Estas diferencias en sabor nos ayudan a disfrutar y distinguir lo que comemos.

Magnitudes Físicas: Lo que Podemos Medir

Las propiedades físicas de la materia son aquellas que podemos observar y medir sin cambiar su esencia. Estas propiedades nos ayudan a entender mejor el mundo que nos rodea. ¡Aquí te presento algunas de las más importantes!

• Masa: La masa es la cantidad de materia que tiene un objeto. Es una medida de cuánta “sustancia” hay en algo. Por ejemplo, una pelota de fútbol tiene más masa que una hoja de papel porque está hecha de más materia. Piensa en cómo te cuesta más levantar una mochila llena de libros que una vacía; esto se debe a que la mochila llena tiene más masa.

• Volumen: El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un objeto. Imagina una botella de agua y un globo inflado. Aunque ambos pueden contener la misma cantidad de aire, el globo tiene más volumen porque ocupa más espacio.

• Densidad: La densidad es una propiedad física de la materia que relaciona la masa con el volumen. Es como preguntar: ¿Qué tan “compacta” está la materia en un objeto? Si comparas un pedazo de metal y uno de madera del mismo tamaño, notarás que el metal es más pesado. Eso se debe a que en el metal hay mayor cantidad de masa por unidad de volumen, es decir, tiene una mayor densidad. Otro ejemplo es un corcho que flota en el agua mientras una piedra se hunde; esto ocurre porque el corcho tiene menor densidad que el agua.

• Temperatura: La temperatura nos dice cuán caliente o fría está la materia, y está relacionada con la energía cinética de las partículas que la componen. Por ejemplo, el agua caliente tiene partículas que se mueven más rápido que las del agua fría, razón por la cual al ingresar un termómetro en una taza de té caliente se observas una mayor temperatura.

• Punto de ebullición y punto de fusión: Estas propiedades hacen referencia a las temperaturas que alcanza la materia para cambiar de estado. Por ejemplo, el agua hierve y se convierte en vapor a 100 °C (punto de ebullición) y se congela en hielo a 0 °C (punto de fusión). Seguro has visto cómo el agua hierve en una olla cuando cocinas pasta o cómo el hielo se derrite en un vaso de limonada en un día caluroso.

Actividad # 1

Aprendizajes:

• Reconocer que las magnitudes físicas tienen intensidad.
• Reconocer que algunas magnitudes físicas tienen intensidad y dirección.

Ingrese a la siguiente aplicación y reconozca sus funciones

Primera Fase: Sin resistencia del aire y sin agua.

• ¿Qué puedes decir de la velocidad del círculo durante la caída libre?
• ¿Hacia dónde apunta la velocidad del círculo mientras cae?
• ¿La dirección del movimiento del círculo cambia en algún momento?
• ¿Qué puedes decir de la fuerza gravitacional cuando el circulo cae ?

Segunda Fase: Activa la resistencia del aire.

• ¿Qué pasa con la velocidad del círculo cuando aumentan las corrientes de aire? Dibuje un esquema que represente la dirección de las corrientes de aire y la velocidad del circulo.
• ¿Hacia dónde crees que afecta la resistencia del aire a la velocidad del circulo?
• ¿Cómo crees que influye la resistencia del aire sobre la intensidad de la velocidad del circulo?
• ¿Cómo crees que se relaciona la resistencia del aire con la aceleración del círculo? Dibuje un esquema que represente la dirección de la resistencia del aire y la aceleración del circulo.

Tercera Fase: Activa la opción de agua.

• ¿Qué sucede con la velocidad del círculo cuando entra en el agua?
• ¿Hacia dónde crees que se dirige la fuerza de empuje del agua mientras el círculo se mueve hacia abajo? Dibuje un esquema que represente la dirección de la fuerza de empuje del agua sobre el circulo
• ¿Qué puedes decir de la intensidad de la velocidad del círculo cuando este se mueve a través del fluido? Justifica tu respuesta.
• ¿Cuáles son las magnitudes fundamentales y derivadas que intervienen en la experiencia? Explica tu razonamiento.

Actividad # 2

Aprendizajes:

• Reconocer que los sentidos pueden engañarnos al caracterizar una propiedad física.

1. Ingresa a la siguiente presentación, resuleve las actividades que allí se encuentran y escribe en el cuadernos una lista de conclusiones sobre aquello que aprendiste.

Pon a prueba tu conocimiento sobre las propiedades de la materia:

Magnitudes Escalares y Vectoriales: La Esencia de los Fenómenos Físicos

Motivación - Juego

Aprendizajes:

• Reconocer las magnitudes fundamentales y derivadas.
• Comprender que algunas magnitudes son escalares y otras son vectoriales.

Instrucciones: El juego consiste en localizar las minas que se encuentran ocultas en una cuadrícula de 10x10. Por cada mina descubierta, el equipo obtiene 30 puntos, y en caso contrario, tendrá la oportunidad de ganar 10 puntos si responde correctamente la preguta publicada. Para iniciar, formen dos grupo y elijan al azar quién inicia.

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En nuestro día a día, interactuamos constantemente con fenómenos físicos, ya sea cuando caminamos, conducimos un automóvil o simplemente observamos cómo cae una hoja de un árbol. Detrás de cada uno de estos eventos se encuentran las magnitudes físicas, herramientas que nos permiten cuantificar y comprender el mundo que nos rodea. Hoy exploraremos dos tipos fundamentales de magnitudes: las escalaras y las vectoriales.

¿Qué son las Magnitudes Escalares?

Las magnitudes escalares son aquellas que se describen completamente con un solo valor numérico acompañado de una unidad de medida. Este valor nos indica la cantidad de algo, pero no nos dice nada sobre la dirección.

Imaginemos que estás corriendo una maratón. Cuando miras tu reloj, ves que has recorrido 5 kilómetros. Ese número, 5 kilómetros, es una magnitud escalar. No te dice si corriste hacia el norte, hacia el sur o en círculos; solo te dice cuánto has corrido. Otros ejemplos de magnitudes escalares incluyen la temperatura, la masa y el tiempo.

• Temperatura: Si decimos que la temperatura es 25 grados Celsius, no necesitamos saber en qué dirección están esos 25 grados. Simplemente es un número que nos indica cuán caliente o fría está una sustancia.

• Masa: Si un objeto tiene una masa de 10 kilogramos, esta magnitud solo nos dice cuánto material tiene el objeto, sin importar dónde esté o hacia dónde se mueva.

Las magnitudes escalares son fundamentales para entender muchas propiedades de los objetos y sustancias, pero hay situaciones donde también es crucial saber hacia dónde ocurren los fenómenos. Aquí es donde entran las magnitudes vectoriales.

¿Qué son las Magnitudes Vectoriales?

Las magnitudes vectoriales son un poco más complejas. No solo tienen un valor numérico (magnitud), sino que también tienen una dirección. Esto significa que, para describir completamente una magnitud vectorial, necesitamos decir cuán grande es y hacia dónde apunta.

Imaginemos que estás empujando un carrito de supermercado. No solo importa cuánta fuerza aplicas, sino también en qué dirección empujas. Si aplicas 10 newtons de fuerza hacia el norte, el carrito se moverá hacia el norte. Si aplicas la misma fuerza hacia el este, se moverá hacia el este. Esta dirección es una parte integral de lo que significa una magnitud vectorial.

• Velocidad: La velocidad no solo te dice cuán rápido te mueves, sino también hacia dónde te mueves. Por ejemplo, decir que un automóvil se mueve a 60 km/h es solo parte de la historia. Para tener una descripción completa, necesitamos decir si se está moviendo hacia el norte, sur, este o oeste.

• Fuerza: Como en el ejemplo del carrito, la fuerza es otra magnitud vectorial. La cantidad de fuerza y la dirección en la que se aplica determinarán el movimiento del objeto.

¿Por qué Importan las Magnitudes Vectoriales?

Las magnitudes vectoriales son esenciales para entender fenómenos que involucran movimiento y fuerzas. Si alguna vez has volado en avión, el piloto necesita saber no solo la velocidad del avión, sino también la dirección del viento para asegurarse de que el avión llegue a su destino correctamente. Los ingenieros, físicos y otros científicos usan magnitudes vectoriales para diseñar puentes, automóviles, satélites y casi todo lo que implica movimiento o fuerza.

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Canción sobre magnitudes escalares y vectoriales

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Vectores

¿Qué es un vector?

Un vector se diferencia de una cantidad escalar o numérica por tener asociada una magnitud y una dirección. Los vectores se representan con letras minúsculas y con una flecha en la parte superior como se ilustra a continuación.

Para representar la intensidad de la magnitud física en cuestión, se utiliza el mismo código "fr" y se elimina la flecha en la parte superior.

Los vectores se representan con una flecha que se compone de longitud, cola y cabeza. La longitud alude a la intensidad, la cola representa el punto inicial del vector y la cabeza el punto final, justamente como se aprecia a continuación:

Otro aspecto tan importante como el anterior, es considerar que los vectores pueden moverse a cualquier lugar del plano mediante el uso de rectas paralelas, tal y como se ilustra a continuación:

Las rectas paralelas se usan para garantizar que el vector no modifique su direccción al ser desplazado de un lugar a otro, pues por facilidad en lo que respecta al cálculo de sus componentes rectángulares, se acostubra ubicar la cola del vector en el origen del sistema de referencia. En la siguiente imagen se puede apreciar lo dicho anteriormente:

Las componentes rectángulares de un vector son de gran ayuda para estudiar fenómenos que se encuentran en dos y tres dimensiones, pues a través de estas, es posible determinar la distribución de una magnitud vectorial en cada uno de los ejes; en este caso en partucular, en el eje "x" y en el eje "Y".

Para ejemplificar lo dicho anteriormente, supongamos que el vector "u" descrito en la gráfica anterior representa la fuerza ejercida por un cuerpo. En este sentido, la longitud o magnitud del vector hace referencia a la intensidad neta de dicha fuerza, y las componentes rectángulares aluden a la porción de la intensidad neta que se distribuye en el eje "x" y en el eje "Y". Esto quiere decir, que la fuerza neta es equivalente a la suma de las fuerzas distribuidas en los respectivos ejes.

Considerando que la fuerza neta es equivalente a la suma de las fuerzas distribuidas en los ejes cartesianos, conviene avanzar hacia las operaciones entre vectores. En este sentido, los vectores pueden sumarse, multiplicarse con el producto punto y producto cruz. Sin embargo, para efectos de las actividades que se desarrollarán más adelante, solo es necesario estudiar la suma de vectores.

Adición entre vectores

El algoritmo para sumar vectores se basa en el principio de traslación y composición de vectores. Este principio establece que para sumar dos o más vectores, debemos elegir uno de ellos como punto de referencia y trasladar los demás de manera que la cola de un vector coincida con la cabeza del siguiente. Esta traslación asegura que los vectores se sumen correctamente, teniendo en cuenta su dirección y magnitud.

El primer paso del algoritmo es seleccionar un vector base. Este vector será el punto de partida para la suma. A continuación, se trasladan los demás vectores de forma que la cola de cada uno coincida con la cabeza del vector anterior. Esto implica desplazar los vectores en el plano o espacio hasta lograr la correcta alineación, tal y como sucede con el vector "v".

Una vez que se han trasladado todos los vectores, se procede a dibujar el vector resultante. Para ello, se traza una línea recta desde la cola del vector base hasta la cabeza del último vector trasladado. Esta línea representa el vector resultante, que tiene una dirección y magnitud determinadas por la suma de los vectores individuales "u+v".

Es importante destacar que la suma de vectores es una operación conmutativa, lo que significa que el orden en que se suman los vectores no altera el resultado final. Esto se debe a que la traslación de los vectores garantiza que la suma sea independiente del orden en que se realice.

La suma analítica de vectores se basa en el uso de coordenadas cartesianas para representar los vectores en un sistema de coordenadas. Cada vector se descompone en sus componentes en los ejes "x", "y" (y posiblemente "z" en el caso de vectores tridimensionales). Estas componentes representan las magnitudes y direcciones de los vectores en cada uno de los ejes.

Para llevar a cabo la suma analítica de vectores, se suman las componentes correspondientes en cada eje. Es decir, se suman las componentes "x", las componentes "y" y, y en caso de ser necesario, las componentes "z". El resultado de esta suma nos proporciona las componentes del vector resultante.

Por ejemplo, consideremos los vectores A y B, con componentes A = (Ax, Ay) y B = (Bx, By). La suma analítica de estos vectores se obtiene sumando las componentes correspondientes en cada eje:

A + B = (A_x + B_x, A_y + B_y)

De manera similar, para sumar más de dos vectores, se suman las componentes correspondientes de cada vector en cada eje.

En el siguiente gráfico se puede apreciar un ejemplo de lo mencionado anteriormente:

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Notese que para sumar los vectores "u" y "v" se ubica la cola de "v" sobre la cabeza de "u", de modo que la suma "u+v" está representada con el vactor que inicia en la cola de "u" y termina en la cabeza de "v". Por otro lado, puede apreciarse también que la suma análitica entre los vectores "u" y "v" está representada con una suma componente a componente.

Actividad # 3

Aprendizajes:

• Reconocer que un vector está compuesto por dos componentes rectángulares en el plano cartesiano.
• Aplicar la suma grafica de vectores para determinar la dirección hacia donde apunta la fuerza resultante.
• Calcular la intensidad del vector resultante conociendo las componentes rectángulares.

1. En cada uno de los siguientes graficos:

determine:

• las componentes rectángulares de cada vector.
• la intensidad de los vectores F₂ y F₁ en las gráficas 1, 2 y 3.
• las componentes rectángulares del vector resultante.
• la intensidad del vector resultante.
• el diagrama de cuerpo libre con todas las fuerzas que actuán en el sistema. Sugerencia: Dibuje el plano cartesiano del tamaño de la hoja, use regla y transportador.
• el diagrama de cuerpo libre, sume los vectores graficamente y encuentre el vector resultante.

Recurso: Observe el siguiente video si tiene dificultades para representar graficamente el vector resultante

Fuerza

Es posible que cada persona tenga una noción cotidiana del significado de fuerza, y si no es así, seguramente tienen claro el uso que le dan en su diario vivir, pues se necesita aplicar fuerza para levantar el maletín del piso, al empujar el automióvil cuando falla, al jugar tira y afloja con la cuerda, al realizar vencidas, entre otras situaciones más.

Las situaciones mencionadas en el párrafo anterior comparten algo en común, y es que en todos los casos, el maletín, el vaso y el automóvil experimentaron un cambio en el estado de movimiento, como consecuencia de una fuerza aplicada, razón por la cual, definiremos la fuerza como lo hizo Newton en su primera ley: La fuerza es la cuasa de los cambios de movimiento.

Adicionalmente a lo anterior, es importante mencionar que las fuerzas son magnitudes vectoriales, y por esta razón tienen intensidad y dirección. La intensidad representa la cantidad de fuerza que se imprime sobre un cuerpo, y la dirección, el ángulo que forman con respecto al eje horizontal.

Un aspecto tan importante como el anterior, es definir los tipos de fuerzas que estudiaremos en este curso:

Fuerzas de contacto

Son las fuerzas que implican un contacto físico entre las partes, como son:

Fuerza normal:Es un fuerza que se caracteriza por ser prependicular a la superificie sobre la cual se apoya el cuerpo.

Fuerza de fricción: Es una fuerza que va en dirección contraria al movimiento del móvil y depende del matertial de las superficies en contacto. El nivel de fricción que puede generar una sperficie puede determinarse a través del coeficiente de rozamiento "μ".

La magnitud o la intensidad de la fuerza de rozamiento puede calcularse como:

fr = μN

Existen otros tipos de fuerzas que no son de contacto, como son :

Tensión: Es la fuerza que experimentan las cuerdas inextensibles y siempre va dirigida hacia el punto de apoyo. Es importante considear que la intensidad de la fuerza se distribuye uniformemente en toda la cuerda, por consiguiente la tensión es igual en todos los puntos.

Fuerza elástica: Es la fuerza que experimentan las cuerdas elásticas, los resortes y cualquier cuerpo que tenga la posibilidad de deformarse y regresar a su estado inicial. La magnitud de esta fuerza puede calcularse con la siguiente expresión:

Fe = -k.x

De la expresión anterior es importante considerar que :

• "-" El signo negativo indica que la fuerza es restitutiva, en otras palabras, que el resorte tiende a regresar a su posición inicial.
• "k" Representa la constante elástica del resorte.
• "x" Representa la elongación del resorte o su estiramiento.

Peso: Es la fuerza de atracción que ejerce la tierra debido a la acción gravitacional. Esta magnitud física se caracteriza por dirigirse en todos los casos hacia abajo y puede calcularse su intensidad utilizando la siguiente expresión:

W = m.g

Fuerza eléctrica: Es la fuerza que experimentan dos cargas puntuales y depende de la distancia entre ellas y la intensidad de las cargas. Esta fuerza puede ser atractiva cuando las cagas tienen signos diferentes, y repulsiva cuando son del mismo signo. La intensidad de esta fuerza puede calcularse utilzando la siguiente expresión:

Actividad # 3

Aprendizajes:

• Identifica y ubica las fuerzas que actuán en una masa.
• Utiliza los diagramas de cuerpo libre para ubicar las fuerzas.

1. Ingrese al siguiente recurso y resuelva las actividades planteadas.

Propiedades Fundamentales y Derivadas: Las Claves para Describir la Materia

Cuando hablamos de las propiedades de la materia, es importante saber que algunas de ellas son fundamentales y otras son derivadas. Vamos a descubrir qué significa esto.

Propiedades Fundamentales: Los Pilares Básicos

Las propiedades fundamentales son aquellas que no dependen de ninguna otra propiedad para ser definidas, en otras palabras, son todas aquellas que pueden medirse directamente. Aquí tienes algunos ejemplos:

• Masa: Como ya mencionamos, la masa es la cantidad de materia en un objeto. No depende de ninguna otra propiedad para existir; es una característica básica y esencial de la materia.

• Longitud: La textura describe cómo se siente la superficie de un objeto cuando lo tocamos. Por ejemplo, la suavidad de un cojín de terciopelo o la aspereza de una piedra son ejemplos de texturas que puedes notar con tus manos.

• Olor: La longitud es una medida de la distancia entre dos puntos. Es una propiedad fundamental porque no necesita ninguna otra propiedad para ser definida. Por ejemplo, la longitud de una cuerda se puede medir directamente sin depender de otros factores. Piensa en cómo medimos la altura de una puerta para asegurarnos de que no te golpees la cabeza al pasar.

• Tiempo:Aunque no es una propiedad de la materia en sí, el tiempo es fundamental para describir los cambios en la materia, como el movimiento o las reacciones químicas. Por ejemplo, al hornear un pastel, medimos el tiempo para saber cuándo estará listo.

Propiedades Derivadas: Combinando Conceptos

Las propiedades derivadas, por otro lado, se obtienen combinando dos o más propiedades fundamentales. Estas propiedades nos dan una visión más completa y detallada de cómo se comporta la materia. Aquí te explico algunas de ellas:

• Densidad: Como vimos antes, la densidad es una propiedad derivada porque se calcula dividiendo la masa de un objeto entre su volumen. Nos dice cuánta materia hay en un espacio determinado. Por ejemplo, si llenas un balón con aire, tendrá una densidad mucho menor que si lo llenas con agua.

• Velocidad: La velocidad es una propiedad derivada que se obtiene al dividir la distancia recorrida por un objeto entre el tiempo que tarda en recorrerla. Nos dice qué tan rápido se está moviendo algo. Por ejemplo, la velocidad a la que corre un atleta en una carrera.

• Energía: La energía es una propiedad derivada que puede depender de varias otras propiedades, como la masa, la velocidad y la altura. Por ejemplo, la energía cinética de un coche en movimiento depende de su velocidad y su masa. Cuanto más rápido va el coche, más energía tiene.

• Presión: La presión es otra propiedad derivada que se calcula dividiendo una fuerza aplicada sobre un área. Es fundamental para entender fenómenos como el inflado de un balón de fútbol. Si lo inflas demasiado, la presión interna puede hacer que explote.