Bloque 3 Ciencias (física)

Un modelo para describir la estructura de la materia

Los modelos en la ciencia

Características e importancia de los modelos en la ciencia

En ciencias puras y, sobre todo, en ciencias aplicadas, se denomina modelo científico a una representación abstracta, conceptual, gráfica o visual (ver, por ejemplo: mapa conceptual), física, de fenómenos, sistemas o procesos a fin de analizar, describir, explicar, simular (en general, explorar, controlar y predecir esos fenómenos o procesos). Un modelo permite determinar un resultado final a partir de unos datos de entrada. Se considera que la creación de un modelo es una parte esencial de toda actividad científica.

Aún cuando hay pocos acuerdos generales acerca del uso de modelos, la ciencia moderna ofrece una colección creciente de métodos, técnicas y teorías acerca de diversos tipos de modelos. Las teorías y/o propuestas sobre la construcción, empleo y validación de modelos se encuentran en disciplinas tales como la metodología; filosofía de la ciencia, teoría general de sistemas y el campo, relativamente nuevo, de visualización científica. En la práctica, diferentes ramas o disciplinas científicas tienen sus propias ideas y normas acerca de tipos específicos de modelos (ver, por ejemplo: teoría de modelos). Sin embargo, y en general, todos siguen los principios del modelado.

Para hacer un modelo es necesario plantear una serie de hipótesis, de manera que lo que se quiere estudiar esté suficientemente plasmado en la representación, aunque también se busca, normalmente, que sea lo bastante sencillo como para poder ser manipulado y estudiado.

Ejemplo de un modelo científico. Un esquema de los procesos químicos y de transporte relacionados a la composición atmosféricas.
Ideas en la historia acerca de la naturaleza continua y discontinua de la meteria: Democrito, Aristoteles y Newton;aportaciones de Clausius, Maxwell y Boltzman.

La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. En el ano a.n.e. estaba en discucion si la materia se podía dividir infinitamente o si llegaba un momento en que era indivisible.En astronomía, Aristóteles propuso la existencia de un cosmos esférico y finito que tendría a la Tierra como centro (ver más adelante “geocentrismo”). La parte central estaría compuesta por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua.
Por otro lado Democrito sostenía que un pedazo de materia podía dividirse hasta llegar a un pedazo indivisible, es decir, consideraba que la materia era discontinua. A ese pedazo de materia que no puede ser dividido lo llamo átomo.
20 siglos después Newton retomo estas ideas, donde pensaba que si se divide continuamente una porción de materia, como la gota de agua, llegara un punto en que se obtenga un pedazo muy pequeño, solido e indivisible, al que llamo unidad discreta o partícula,

Modelo cinético de las partículas El modelo cinético molecular explica los estados de agregación de la materia (solido, liquido y gaseoso). Y los explica por el movimiento de sus partículas o moléculas.
entonces,
a) el vapor se convierte en lluvia: el vapor es gaseoso, sus moléculas tienen gran movimiento, al irse enfriando el movimiento disminuye, las fuerzas de atracción aumentan y al irse juntando cambian al estado liquido y llueve.
b) la manteca es solida, sus moléculas están juntas, tienen movimiento vibratorio, sus fuerzas de atraccion son grandes, al calentarla aumenta su energía, vibran , empiezan a separarse, por lo tanto se funde, se convierte en liquido. 

La estructura de la materia a partir del modelo cinético de las partículas 

Propiedadesde la materia

Las sustancias se identifican y se distinguen unas de otras por medio de sus cualidades físicas y químicas. Las propiedades que tiene la materia se conforman por las diferentes maneras en las que una sustancia estimula nuestros sentidos o  los instrumentos de medición. Las propiedades de la materia son las que nos permiten diferenciar el agua del alcohol, el azúcar de la sal o el oro de la plata. Se dividen en 2 grandes grupos: generales y específicas.

Propiedades generales

 Masa: es la cantidad de materia contenida en cualquier volumen. La masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o fuera de ésta.

– Volumen: se refiere al espacio que ocupa un cuerpo.

– Peso: es la fuerza con que la Tierra atrae un cuerpo por acción de la gravedad. Hay lugares en donde la fuerza de gravedad es menor, como en la Luna o en una montaña, en donde el peso de un cuerpo disminuye.

– Divisibilidad: es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de romperse en pedazos más pequeños hasta llegar a la unidad mínima: el átomo.

– Porosidad: todos los cuerpos están formados por partículas diminutas, éstas dejan espacios entre sí llamados poros.

– Inercia: esta propiedad de los cuerpos a tender a mantenerse en estado de reposo o de movimiento.

– Impenetrabilidad: es la imposibilidad de que dos cuerpos ocupen el mismo espacio al mismo tiempo.

– Movilidad: esta propiedad permite a los cuerpos cambiar su posición como consecuencia de suinteracción con otros cuerpos.

– Elasticidad: propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando se les aplica una fuerza adecuada, y de recobrar la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza. La elasticidad tiene un límite, si se sobrepasa, el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe.

Propiedades especificas

Estas propiedades caracterizan a cada sustancia y permiten su identificación y diferenciación. Las propiedades específicas pueden ser físicas o químicas, dependiendo de si se manifiestan con o sin alteración de su composición molecular.

Propiedades específicas físicas : son las que se pueden medir y observar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia.

– Densidad: la cantidad de masa por volumen de un cuerpo.

– Estado físico: sólido, líquido o gaseoso.

– Propiedades organolépticas: color, sabor, olor, etcétera.

– Temperatura de ebullición: ¿a qué temperatura debe de estar el cuerpo para pasar de estado líquido a gaseoso?

– Punto de fusión: la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde.

– Solubilidad: la capacidad de una determinada sustancia de disolverse en un determinado medio.

– Dureza: la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como penetración, abrasión, rayado, cortadura, deformaciones permanentes, entre otras.

– Conductividad eléctrica: la medida de la capacidad de un material para dejar pasar libremente la corriente eléctrica.

– Conductividad calorífica o térmica:propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor.

– Calor latente: es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de sólido a líquido (calor latente de fusión) o de líquido a gaseoso (calor latente de vaporización).

A su vez las propiedades físicas se pueden dividir en extensivas o intensivas:

– Propiedades extensivas: el valor medido de estas propiedades depende de la masa. Por ejemplo: inercia, peso, área, volumen, presión de gas, calor ganado o perdido, etc.

– Propiedades intensivas: el valor medio de estas propiedades no depende de la masa. Por ejemplo: densidad, temperatura de ebullición, color, olor, sabor, reactividad, etc.

La densidad es la cantidad de masa que esta contenida en cierto volumen. La dencidad es el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo 

Presión: relación fuerza y área; presión en fluidos. Principio de Pascal.

La relación en sólidos: relación fuerza y área

 La presión es la cantidad fuerza aplicada sobre cierta área. 

P= F/A 

La relación de la fuerza con la presión es directamente proporcional ya que al aumentar la fuerza aumenta zla presión y el área es inversamente proporcional a la presión porque si aumenta el área disminuye la presión.Y la hidrostatica es la parte de la física que estudia a los fluidos en reposo osea que no esten en movimiento.

Presión en fluidos

La presión es el concepto físico utilizado para caracterizar la influencia de una fuerza perfectamente distribuida sobre una superficie, por lo que su valor se da en unidades de fuerza por unidad de área, esto es kg/cm² o libras/pulgada²  etc.
 
Hay que diferenciar entre dos tipos de presiones que son:

• Presión propiamente dicha, que se refiere a la acción de los fluidos (gases y líquidos) sobre las paredes del recipiente que los contienen.
• Fuerzas distribuidas aplicadas a sólidos, que más apropiadamente debe llamarse tensión.

Para estas páginas la palabra presión se refiere a la presión en fluidos.

La presión ejercida por los fluidos puede ser de dos tipos: 

• Presión estática, producida por los fluidos en reposo sobre las paredes del recipiente.
• Presión dinámica, producida sobre una superficie perpendicular a la dirección del movimiento de un fluido.

Principio de Pascal

En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la presión en todo el fluido es constante.
La presión en todo el fluido es constante: esta frase que resume de forma tan breve y concisa la ley de Pascal da por supuesto que el fluido está encerrado en algún recipiente, que el fluido es incompresible... El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.
También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidraulicas.