¿CÓMO SON LOS MATERIALES POR DENTRO? II

·         Nuestro objetivo es inventar un modelo que explique las propiedades de todas las cosas.

POSIBLE ESTRATEGIA

            A.1. Enumera diversos gases y escribe propiedades comunes que tengan.

• Gases: aire, helio, oxígeno, nitrógeno...

                        - ocupan un espacio (volumen) à ocupan todo el volumen disponible?

                        - masa y peso

                        - densidad varía con la temperatura

                        - comprimir

                        - miscibles fácilmente

                        - hace fuerza (presión)

                        - no se ven generalmente

                        - se dilatan al calentarse

EXPERIMENTOS REALIZADOS EN CLASE

-                    - Experimento 1: apagar la vela

Este experimento se realizó en clase con los siguientes materiales:

•          Una vela
•          Cerillas
•          Vaso de plástico
•           Vinagre
•           Bicarbonato de sodio
•           Goma

En primer lugar, la profesora encendió la vela con una cerilla, y la dejó a un lado. A continuación, mezcló en un vaso cachi un poco de bicarbonato de sodio y vinagre y se produjo una reacción química dando origen al dióxido de carbono.

Después de realizarse la mezcla, mediante la goma el dióxido de carbono pasa al vaso y tras unos minutos realizándose este traspaso, retiró la goma y fue acercando el vaso bocabajo a la vela, apagándose esta al entrar en contacto con el dióxido.

           - Experimento 2: sublimación del yodo

En este experimento los materiales que se utilizaron fueron:

•          Hornillo
•          Bolitas de yodo
•          Recipiente
•          Rejilla para hornillo

En primer lugar, la profesora procedió a calentar el hornillo dejando encima de este una rejilla para evitar el contacto directo con el recipiente. Al poner encima del hornillo y la rejilla el recipiente con las bolitas, se empezó a observar como el yodo comenzaba a evaporarse, saliendo un gas de color rosado/rojo dejando ver que el yodo pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido. Este proceso se llama sublimación.

-                   - Experimento 3: Levantamiento de dos compañeras con aire

Este experimento quizá fue el más difícil de imaginar y creer hasta que se llevó a cabo. Los materiales que se utilizaron fueron los siguientes:

•           Una mesa
•           Una bolsa grande de basura
•           Dos gomas

En primer la profesora colocó encima de la bolsa de basura, previamente estirada y cerrada por todos los lados a excepción de dos agujeros por los que introducir las gomas, una mesa al revés y pidió a una compañera para soplar y a otro/otra para que se colocase encima de esta sentada. A continuación se comenzó a soplar por las dos gomas situadas en los dos extremos de la bolsa y poco a poco observamos como la bolsa se hinchaba, logrando con nuestro aire hacer que la mesa con la compañera encima se levantase.

Después de probarlo con sólo una persona, se realizó con dos observando que se volvía a levantar.

-                 - Experimento 4: Un poco de agua en un cubo y una garrafa al revés que se abre cuando está ya girada. Alguien sopla para medir su capacidad pulmonar.

Los materiales necesarios para este experimento son:

•         Un recipiente grande con agua
•         Una garrafa calibrada
•         Una goma

En primer lugar, una vez calibrada en centímetros la garrafa, se llena con agua, se cierra y se introduce invertida en el recipiente con agua. Una vez ya metida en el recipiente, se abre bocabajo y se le introduce una goma a la botella dejando uno de los extremos fuera del recipiente. En este caso, varios compañeros realizaron la prueba y, cogiendo aire y soplando con la goma todo lo que pudiesen, se llegó a saber cuál era su capacidad pulmonar, observando hasta que nivel de agua podía alcanzar.

A.22. Piensa que estructura debe tener un gas para poder explicar sus propiedades.

Se comprimirían fácilmente porque están formados por átomos y moléculas que quedan muy juntas cuando se comprimen. Las moléculas están constantemente en movimiento y chocan entre ellas.

Por otro lado, cuando aumentamos la temperatura, las partículas se mueven más rápidamente. Si tuviésemos dos canicas, el choque que recibirá una de ellas hará que la otra vaya todavía más lejos es decir, la temperatura se convierte en un indicador de la velocidad de las partículas.

En el caso de la bolsa y la mesa, la temperatura se mantiene constante y somos nosotras las que al soplar metemos un mayor número de partículas.

El volumen además aumenta pues, si el golpeo una canica con otras, las canicas se dispersan más lejos y por tanto ocupan más volumen.

Con todo esto, creamos el MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR.

     

Tema: ¿CÓMO SON LOS MATERIALES POR DENTRO? ¿Cuál es la estructura de todas las cosas? ¿Cómo podemos clasificar la materia?

A.1. Nombrar objetos, materiales o sustancias que parezcan muy diferentes. Trata de encontrar algunas propiedades comunes a todos los objetos o sustancias nombrados.

    ®    Mantequilla

    ®    Coche

    ®    Puerta

    ®    Tostada

    ®    Ventana

    ®    Lápiz

    ®    Sol

    ®    Perro

    ®    Papel

    ®    Espejo

    ®    Gasolina

    ®    Piedra

    ®    Chicle

    ®    Alcohol

    ®    Borrador

    ®    Pera

    ®    Pila

    ®    Excremento

    ®    Botella

    ®    Plomo

    ®    Pelo

    ®    Mercurio

    ®    Júpiter

    ®    Balón

    ®    Piel

    ®   Helio

    ®    Miel

    ®    Butano

    ®    Grafeno

    ®    Grasa

·         Propiedades comunes

-          Ocupan un espacio (Volumen)

-          Pesan (tienen masa)

SÓLIDOS Y LÍQUIDOS VS. GASES

¿Está todo formado de lo mismo? ¿Por qué son entonces tan diferentes los materiales entre sí?

¿Cuáles son las semejanzas? ¿Y las diferencias?

I. ¿Qué es el volumen? ¿Cómo se mide?

A.2. Haz estimaciones comparativas, ordenando de menor a mayor el volumen contenido en los recipientes que se encuentran en el aula.

A.3. Define una unidad de volumen y algunos de sus múltiplos o divisores más importantes.

La unidad de volumen es el m³, es decir, el espacio que ocupa un cuerpo de forma cúbica. En cuanto a sus múltiplos, encontramos; km³, hm³ y dam³ y entre sus divisores: dm³, cm³ y mm³.

Nombrad objetos que tengan el tamaño de:

•         1cm³ à Dado de parchís
•       1dm³ à Paquete de leche
•         1m³ à Una caja de secadora 

A.4. ¿El volumen de un objeto es siempre el mismo o puede variar?

Si puede variar, sin embargo el agua aumenta su volumen, al contrario del resto de líquidos que disminuyen. Por ello, cuando metemos agua en el congelador el recipiente que la contiene estalla si no dejamos un espacio.

Si metemos una botella de cristal con agua en el congelador, como no tiene espacio, se produce un estallido de la botella. Por ello si hablamos de un edificio, si éste no tuviese juntas de dilatación el edificio se vendría abajo.

1º ideas ð importante es que hay dos propiedades comunes a todos los materiales: masa y volumen.

2º idea ð el volumen es una propiedad variable.

II. ¿Qué es el peso? ¿Cómo se mide?

A.5. ¿De qué crees que depende el estiramiento de un muelle al colgarle un peso?

El peso se mide en Newtons pero la masa no. Por lo que el peso del objeto depende de la fuerza con la que el planeta estira de los objetos hacia el centro (gravedad) y la cantidad de masa que tiene.

Y ¿cuánto pesará mas, la silla o el teclado? A esto respondemos lo siguiente: la fuerza con la que ambos objetos son atraídos es la misma pero la silla tiene más masa por lo que será más pesada.

Si nos fuésemos a la Luna, la fuerza con la que se estira de los objetos es distinta a la de la Tierra.

En resumen lo que se debe tener claro es que la masa de la silla será igual en la Tierra, Júpiter… por lo que la masa (cantidad de materia de un objeto) es invariable. El peso depende de la fuerza con la que atrae un objeto a otro.

            A.6. Un grupo de alumnos ha realizado un experimento colgando diferentes pesos en un muelle y ha obtenido los siguientes resultados: 

P (U.A.)	0	1	2	3	4	5
E (cm)	0	2,4	4,8	7.2	9.6	12

Interpreta los resultados y estudia si guardan algún tipo de relación. 

En esta gráfica se muestran los resultados de diferentes pesos, mostrando en cada una de las medidas sucesivas un aumento de centímetros el doble del anterior.

            A.7. Imagina que disponemos de muelles iguales como los de la figura.

¿Podríamos saber qué hay detrás del cuadrado?

No podríamos saberlo pues, si nos damos cuenta, tanto en el segundo muelle como en el tercero, observamos que son diferentes los pesos y sin embargo el estiramiento del muelle es el mismo por lo tanto, en el último muelle podría haber cualquier cosa con un peso igual a los anteriores teniendo en cuenta su estiramiento

·         ¿El peso es una propiedad invariable de los objetos? ¿No podría ser que el peso de un cuerpo fuera debido a que la Tierra estira de él hacia abajo, hacia su centro, de modo parecido a como un imán atrae los trozos de hierro?

El peso, es una propiedad variable pues como sabemos, éste depende de la fuerza con que es atraído por un planeta. Como ejemplo, podemos decir que el peso no sería igual en la Luna que en la Tierra. Por tanto, el peso si dependería de la fuerza con que cualquier planeta estira de él hacia su centro.

           A.8. ¿Qué podemos decir de su peso y de la “cantidad de materia” que tiene en cada sitio?

El peso varía pues depende de la fuerza con la que se estira de él, pero la cantidad de materia no. La cantidad de materia se medirá en KILOS siendo un criterio arbitrario.

En la superficie de la Luna, un mismo objeto produciría un estiramiento, en el mismo muelle, menor que el que produciría en la superficie de la Tierra y éste, a su vez, sería menor que el que se produciría en la superficie de Júpiter. El estiramiento no se debe a una propiedad intrínseca del objeto, ya que depende del lugar donde se encuentre.

            A.9. ¿Qué pesará un astronauta de 70 Kg en la Tierra, en la Luna y en Júpiter? ¿Qué masa tendrá en cada lugar?

Dato: la fuerza con que un planeta atrae 1 Kg de masa es una constante que se conoce con el nombre de fuerza de gravedad.

En la Tierra 1 Kg es atraído con una fuerza de 9,8 N. à 9,8N/1Kg = X?/70Kg ® 686N

En la Luna 1 Kg es atraído con una fuerza de 1,6 N. à112N

En Júpiter 1 Kg es atraído con una fuerza de 25,9 N. à 1.813N

            A.10. Un astronauta va alejándose de la superficie terrestre… ¿Cuándo dejará de pesar?

Nunca se dejará de pesar. Pesaremos un poco menos, pero siempre pesaremos pues estaremos atraídos por algún objeto del espacio.

Estas propiedades... ¿Se aplican a los gases?

         A.11. Analizar en qué medida las propiedades que hemos estudiado en el apartado anterior (volumen, peso, masa) lo son, también, de los gases. Exponed argumentos y ejemplos que apoyen vuestras opiniones.

En cuanto al volumen, los gases sí que lo tienen pues cuando nosotros inflamos un globo, vemos que ese globo ocupa un espacio.

Experimento botella: masa del aire (6,9)

Peso de la bolsa: 3,8 +/-0,1gr

Peso de la bolsa con aire: 3,8 +/-0,1gr

Experimento botella

• ·         Daire: 1,20 kg/m³

o   Daire: 0,0012 kg/m³

• ·         VBotella: 5 litros: 5dm à 5000 cm³
• ·         Masa del aire: 6,9 gr

Sabemos que la densidad es m/V, pero para calcular el volumen, debemos hacer lo siguiente: V=m/d à 6,9/0,0012= V: 5750 cm³

            A.12. Una báscula (o un muelle) se encuentra totalmente sumergida dentro del agua. Indica lo que marcará cuando se coloque sobre ella una bolsa de plástico llena de agua.

            A.13. Puesto que vivimos “en un mar de aire”, al colocar una bolsa con aire en una balanza, nos encontramos en la situación anterior. Pensad un ejemplo o experimento donde se pueda apreciar si un gas pesa.

Un experimento sencillo para comprobar que el aire pesa es el siguiente: en primer lugar hincharíamos dos globos iguales y cogeríamos dos longitudes iguales de hilo, colocando un trozo en la boquilla de un globo, y otro trozo en la boquilla del otro. A continuación, engancharíamos ambos hilos uno en cada extremo de una percha y colgaríamos la percha en el pomo de una puerta o en una cuerda de tender. Por último, para observar si el aire pesa pincharíamos un globo y se observaría como la percha se inclina hacia el lado en el que está el globo hinchado.

¿Qué propiedades nos sirven para diferenciar los distintos materiales?

              A.14. Describe el uso de algún material que se utiliza porque es “ligero” y otro porque es “pesado”

• ·         Ligeros: aluminio…
• ·         Pesados: hierro, metal …

¿Qué pesa más, la madera o el hierro? Pesará más el hierro.

Pero, ¿y si cogemos un bloque de madera más grande, significa que es más pesado? La respuesta es no, pues lo único que cambia es el tamaño pero no significa que la madera sea más pesada que el hierro.

Ahora entramos en otro concepto muy importante, la densidad que podemos definirla como la cantidad de materia que hay por unidad de volumen: D=m/V

Hierro: D=m/V à m↑­/V

Madera: D=m/V

            A.15. Se tienen dos objetos A y B de tamaños distintos y hechos con materiales diferentes ¿Cómo podríamos determinar cuál de los dos materiales es más ligero?

El cociente entre la masa de un objeto y su volumen (m/V) es útil para operativizar la propiedad de los cuerpos que vulgarmente se llama “ligereza” o “pesadez”, y que científicamente se llama densidad.

Además de esto, la densidad no depende de la cantidad de materia de un material, sino del material. Por ello podemos decir, que la densidad de una puerta de roble y un palillo de madera, a pesar de no ser de igual tamaño serían igual de densos pues son del mismo material. 

            A.16. ¿Qué crees que pesa más, una persona de 85Kg o el aire que hay en el aula? (la densidad del aire a 20ºC es de 1,20Kg/m³

Volumen aula: 345.000l à 345 m³

D=m/V à d*V= m

  Ø  1,20 Kg/m³ * 345 m³= m à 414 Kg

Ejemplo

¿Cuál de los dos es más pesado? ¿Un tornillo o una barra?

      Barra de hierro: D=m/V

Tornillo de hierro: D= m/V

Pesan lo mismo ya que son del mismo material.

       A.17. La inmensa mayoría de las sustancias disminuye su densidad al aumentar la temperatura, pues, al dilatarse aumenta su volumen, mientras que su masa permanece constante. Análogamente, cuando una sustancia sólida, como el aluminio o el hierro, se funde, también disminuye su densidad. Así la densidad del aluminio y del hierro a 20º es 2700 y 7880 Kg/m3, respectivamente; y cuando están fundidos pasan a valer 2315 Kg/m3 (aluminio a 900ºC) y 7230 Kg/m3 (hierro 1530ºC).

Por otro lado, si hablamos del agua podemos decir que el agua sólida es menos densa que el agua líquida. El hielo tiene una densidad de 917 Kg/m3 cuando está a 0ºC.

            A.18. Para que un fluido flote sobre otro es necesario que el primero sea menos denso. Sin embargo, los globos aerostáticos utilizan aire y se elevan en él. ¿Cómo es posible?

     v  Un líquido es más viscoso cuanto más tiempo tarda una gota en bajar (aceite, miel…)

Cuando calientas el aire, éste ocupa más volumen por lo que si el volumen aumenta, la densidad disminuye à D¯= m/↑V­

Información complementaria

Densidad agua à 1g/cm³

Densidad aceite à 0,92 g/cm³ ð + ligero que el agua

Densidad etanol à 0,79 g/cm³ ð + ligero que el aceite

            A.19. Los peces tienen una bolsa llena de gas llamada vejiga natatoria, que les permite ascender o hundirse. Da una posible explicación de este hecho.

Cuando el pez infla su vejiga natatoria disminuye su densidad. Toma aire, en la superficie y lo comienza a soltar bajo el agua.

Si nosotros mismo llenamos nuestros pulmones, disminuye nuestra densidad.