Cuerpos, Sustancias y Materia: Física, Movimiento, Fuerzas y Energía

Cuerpos y sustancias

Los cuerpos y las sustancias se estudian desde la física, la biología y la geología.

La materia

La materia es todo lo que puede percibirse a través de los sentidos.

Clases de materia

Entre sus propiedades generales se encuentran la masa, el volumen, etc. Entre sus propiedades específicas se encuentran el punto de fusión, la densidad, el olor, el sabor, el color, etc.

El cuerpo

• Propiedades extrínsecas: forma, volumen, superficie, longitud, etc.
• Propiedades intrínsecas: dependen de la naturaleza de la sustancia o sustancias que lo forman.

Sistemas materiales

Un sistema material es un conjunto perfectamente definido de cuerpos materiales. Cada uno de estos cuerpos se conoce como componente del sistema.

• Abiertos: si intercambian materia y energía con el exterior.
• Cerrados: si con el exterior intercambian solamente energía, pero no materia.
• Aislados: si es imposible todo intercambio de materia y energía con el exterior.

Tipos de energía alternativa

• Eólica: energía del viento. Producción de energía eléctrica.
• Solar: energía radiante. Producción de energía eléctrica y de calor.
• Geotérmica: calor en las capas internas de la Tierra. Aprovechamiento del calor (calefacción).
• Biomasa: materia orgánica. Producción de energía térmica.
• Maremotriz: energía de las mareas, al modificarse la altura del nivel del mar.

Movimiento y rapidez

Para calcular el tiempo que ha tardado en recorrer una distancia:

v = longitud / tiempo

La velocidad media se expresa en m/s.

1 km/h = 1000 m / 3600 s = 1/3,6 m/s

Movimientos uniformes y variados

• Uniformes: movimientos en los que el móvil lleva siempre la misma velocidad media, que coincide con la velocidad real del movimiento.
• Variados: el cuerpo móvil modifica o cambia el valor de su velocidad; unas veces aumenta y otras disminuye.

a = (v final − v inicial) / tiempo

¿Cómo se producen los movimientos?

• Igual a la de rozamiento: si se desea que el móvil tenga una velocidad constante (no hay aceleración).
• Mayor que la de rozamiento: si se quiere que el móvil aumente su velocidad (aceleración positiva).
• Menor que la de rozamiento o nula: si se busca que el cuerpo en movimiento frene o se pare.

Fuerzas y movimientos

Fuerza: es toda causa capaz de producir en los cuerpos deformaciones o aceleraciones.

El valor de la fuerza necesaria para producir una determinada aceleración en un cuerpo es igual al producto de la masa del cuerpo por el valor de la aceleración que adquiere:

F = masa × aceleración = m · a

Este principio tiene dos consecuencias importantes:

• Unidad internacional de fuerza: se denomina newton (N) y se define como la fuerza que es preciso aplicar a un cuerpo de masa 1 kg para producirle una aceleración de 1 m/s² en su misma dirección y sentido.
• Concepto de peso: todos los cuerpos, al caer libremente hacia la Tierra, lo hacen con una aceleración (g) de 9,8 m/s² (≈ 10 m/s²), debida a la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre los cuerpos, denominada peso del cuerpo. De acuerdo con la ecuación F = m · a, el peso de un cuerpo vendrá dado por:
  P = m · g
  Según esto, el peso de un cuerpo de masa 1 kg será: P = 1 kg · 9,8 N ≈ 10 N.
  El valor del peso de un cuerpo de masa 1 kg se denomina kilopondio (kp) (1 kp = 10 N).

Cuándo las fuerzas producen trabajo

Una fuerza realiza un trabajo cuando contribuye al desplazamiento de un cuerpo.

¿Cómo calcular el valor del trabajo?

Basta multiplicar el valor de la fuerza ejercida sobre el cuerpo por el desplazamiento o distancia que recorre su punto de aplicación.

Trabajo = fuerza × distancia → W = F · s

La unidad internacional de trabajo se denomina julio (J) y corresponde al trabajo realizado por una fuerza de 1 newton al desplazar su punto de aplicación 1 metro en su misma dirección. Se representa con la letra J.

También se utiliza, aunque en menor medida, el kilogrametro (kgm), que equivale a 9,8 J (simplificando, 10 J).

Clases de energía

• Los cuerpos en movimiento poseen energía cinética.
• Los cuerpos elásticos tensos tienen energía elástica.
• Los cuerpos situados a una cierta altura sobre la Tierra tienen energía gravitatoria.
• Los combustibles (sustancias que pueden arder) tienen energía química, puesto que la combustión es un proceso químico.