martes, 8 de junio de 2010

Propiedades mecánicas de la materia

Propiedades mecánicas de la materia
Todo lo que nos rodea está formado por materia. También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio.
La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos:
Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican.

Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.
Estados de la materia
La materia es todo cuanto existe en el universo y se halla constituido por partículas elementales, mismas que generalmente se encuentran agrupadas en átomos y en moléculas. La materia se presenta en cuatro estados de agregación molecular:

Sólido: si la energía cinética de sus moléculas es menor que la energía potencial que existe entre ellas.
Líquido: si las energías cinética y potencial de sus moléculas son aproximadamente iguales.
Gaseoso: si la energía cinética de las moléculas es mayor que su energía potencial.
Plasma: se produce a más de 5000ºC, bajo estas condiciones las moléculas se rompen, los átomos chocan en forma violenta y pierden sus electrones lo cual da origen a un gas extraordinariamente ionizado, mezcla de iones y electrones.
Propiedades de la material
Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia. También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, propiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidad.
La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos:
- Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican.
- Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.
Densidad
La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo.
Unidades de densidad
Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):
Kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
Gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/mL).
gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).
Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:

Unidades usadas en el Sistema Anglosajón de Unidades:
onza por pulgada cúbica (oz/in3)
libra por pulgada cúbica (lb/in3)
libra por pie cúbico (lb/ft3)
libra por yarda cúbica (lb/yd3)
libra por galón (lb/gal)
libra por bushel americano (lb/bu)
slug por pie cúbico.

Peso específico
El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen.
Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa. En el Sistema Técnico, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³).

Donde:
= peso específico
= es el peso de la sustancia
= es el volumen que la sustancia ocupa
= es la densidad de la sustancia
= es la aceleración de la gravedad
Como el kilopondio representa el peso de un kilogramo, en la Tierra, esta magnitud expresada en kp/m³ tiene el mismo valor numérico que la densidad expresada en kg/m³.
Como vemos, está íntimamente ligado a la densidad de cualquier material y de fácil manejo en unidades terrestres. A pesar de ello, su uso es muy limitado, e incluso incorrecto, en la Física.
Presión
En física y disciplinas afines, la presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.
La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión.
Densidad de fuerza
La densidad de fuerza , en el seno de un fluido no-viscoso, o cualquier fluido en reposo, es igual al gradiente de la presión:

si hace referencia a la fuerza gravitacional, la densidad de la fuerza es el peso específico. La anterior igualdad hace que podamos interpretar a la presión como una suerte de energía potencial por unidad de volumen.
Presión absoluta y relativa
En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).
Unidades de medida, presión y sus factores de conversión
La presión atmosférica es de aproximadamente de 101.300 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar .
Unidades de presión y sus factores de conversión

Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr
1 Pa (N/m²)=
1 10-5 10-6 0,102 0,102×10-4 0,987×10-5 0,0075
1 bar (daN/cm²) = 100000 1 0,1 1020 1,02 0,987 750
1 N/mm² = 106 10 1 1,02×105 10,2 9,87 7500
1 kp/m² = 9,81 9,81×10-5 9,81×10-6 1 10-4 0,968×10-4 0,0736
1 kp/cm² = 98100 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736
1 atm (760 Torr) = 101325 1,013 0,1013 10330 1,033 1 760
1 Torr (mmHg) =
133 0,00133 1,33×10-4 13,6 0,00136 0,00132 1

Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio, están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm c.d.a.)
Bibliografía:
http://www.escolar.com/cnat/02prop.htm
http://conociendolafisica.wordpress.com/fisica-aplicada/unidad-2-propiedades-mecanicas-de-la-materia/
http://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec%C3%ADfico
http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad
http://es.wikipedia.org/wiki/Presion

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