FÍSICA 2 UNIDAD I PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MATERIA 1
Los cinco estados de la materia: LIQUIDOS SOLIDOS GASES Alta Temperatura Baja Temperatu ra PLASMAS (sólo para gases ionizados de baja densidad) CONDENSADO BOSE- EINSTEIN 2
Estados de la materia La materia existe en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Los sólidos tienen sus moléculas fuertemente unidas, y sólo pueden vibrar alrededor de posiciones de equilibrio. Eso les hace tener volumen fijo y forma definida. En los líquidos las moléculas están más apartadas y se unen más débilmente que los sólidos permitiendoles “resbalar” unas sobre otras, teniendo volumen fijo y la forma del recipiente que lo contiene. 3
En los gases las moléculas se mueven en línea recta sin atracción alguna y sólo cambian de dirección cuando chocan entre ellas, por ello los gases ocupan todo el volumen del recipinente que lo contiene y adquieren su forma. Un plasma es un gas de iónes, es decir, partículas con carga eléctrica, tales como electrones, protones, etc. 4
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Aquí hay una vista computarizada del Condenzado Bose-Einstein ¡El pico alto ocurre cuando los átomos estan en el mismo estado! (No podemos ver el condensado Bose-Einstein con nuestros ojos ya que los átomos son muy pequeños) 7
Plasma 8
La materia puede pasar de un estado físico a otro por acción del calor. Estos cambios de la materia son: 1.Evaporación. 2. Solidificación. 3. Condensación. 4. Fusión. 9
1. Evaporación: es el cambio de estado de una sustancia que pasa de líquido a gaseoso cuando se calienta. (Aumento de temperatura) 10
2. Solidificación: es el cambio de estado de una sustancia que pasa de liquido a sólido cuando se enfría (disminución de temperatura) 11
3. Condensación: es el cambio de estado de una sustancia que pasa de gaseoso a líquido, cuando choca con una superficie mas fría. 12
4. Fusión: es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado sólido al líquido al calentarse (aumento de temperatura) 13
El Hombre del Renacimiento ante los Minerales 14
Cristales Un cristal es un arreglo regular, ordenado y repetitivo de moléculas en el espacio. En la fig. aparece el cristal ZnO. 15
Cristal de hielo 16
Cristal de diamante 17
Más cristales 18
Sólido amorfo Un sólido amorfo es aquel cuyas moléculas no tienen un arreglo regular en el espacio. En la figura se aprecian átomos de carbono formando grafito. 19
Fullerenos 20 Ensamblamiento de átomos de carbono distinta al grafito y al diamante
Aleaciones n Ejemplo, el cobre unido a otros metales forma aleaciones, mejora sus propiedades mecánicas a costa de perder eficiencia en sus propiedades eléctricas n Existen varias combinaciones dependiendo del carácter que queramos potenciar n Latón (Cu-Zn) y Bronce (Cu- Sn) 21
Elasticidad 22 El salto BUNGEE utiliza una cuerda elástica larga que se estira hasta que llega a una longitud máxima que es proporcional al peso del saltador. La elasticidad de la cuerda determina la amplitud de las vibraciones resultantes. Si se excede el límite elástico de la cuerda, ésta se romperá.
Elasticidad Un resorte es un ejemplo de un cuerpo elástico, ¿por qué? 23
Elasticidad Los cuerpos se deforman cuando se les aplica una fuerza, y si ésta deja de actuar, algunos regresan a su forma original. Estos cuerpos se llaman elásticos. 24
Ley de Hooke Experimentalmente, en un resorte la fuerza F aplicada para comprimirlo o alargarlo es igual al producto de una constante k ( dependiente de la elasticidad del resorte) por el desplazamiento Δ x. Escrita en fórmula se tiene F = k ( Δ x) 25
A mayor alargamiento del resorte (x) mayor es la fuerza que ejerce el resorte. ¿En qué dirección está la fuerza que ejerce el resorte? ¿Se cumplirá para cualquier distancia x por grande que sea? 26
Límite elástico 27
Prueba de tensión de una varilla 28
5 Tensión simple: cable Torsión: eje impulsor Elevador esquí Estados comúnes de esfuerzo 29
6 Nota: sección de estructura compresiva. Compresión simple: 30
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Esfuerzo y deformación La razón de la fuerza al área se llama esfuerzo. (F/A) A la división del aumento de longitud entre la longitud inicial se llama deformación. ( ΔL/Lo) 32
Módulo de Young Para materiales cuya longitud es mucho mayor que el ancho o el espesor, se tiene preocupación por el módulo longitudinal de elasticidad, o módulo de Young Y.
MaterialDensidad (kg/m 3 ) Módulo de Young Y (10 9 N/m 2 ) Ultimate Strength S u (10 6 N/m 2 ) Yield Strength S y (10 6 N/m 2 ) Acero Aluminio Vidrio Concreto Madera Hueso Poliestireno Propiedades elásticas de materiales selectos de interés en ingeniería.
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Ejemplo : El módulo de Young para el latón es 8.96 x Pa. Un peso de 120 N se une a un alambre de latón de 8 m de largo; encuentre el aumento en longitud. El diámetro es 1.5 mm. 8 m LL 120 N Primero encuentre el área del alambre: A = 1.77 x m 2 36
Ejemplo : (continuación) 8 m LL 120 N Y = 8.96 x Pa; F = 120 N; L = 8 m; A = 1.77 x m 2 F = 120 N; L = ? F = 120 N; L = ? L = mm Aumento en longitud: 37
Compresión del Hueso En un acto de circo, un artista soporta el peso combinado (1640 N) de una serie de colegas (ver la figura). Cada hueso del muslo (fémur) de este ejecutante tiene una longitud de 0.55 m y una sección transversal de área efectiva de 7.7 × 10 –4 m 2. Determinar el valor por el cuál cada hueso del muslo se comprime bajo el peso extra.
Elastic properties of solids Shear modulus:
Elastic properties of solids Bulk modulus: P… pressure