Propiedades Mecánicas de los Materiales

El comportamiento de los materiales  queda definido por su estructura. a nivel microscópico. En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas: propiedades físicas y propiedades mecánicas.

Propiedades mecánicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a  altas temperaturas. A continuación, se definen algunas de ellas:

- Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.

- Elasticidad: Consiste en  la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

- Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración o a ser rayado. Por ejemplo el hierro, puede rayar y perforar a la madera, es decir el hierro es un material más duro que la madera.

- Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de  un choque, por ejemplo el cristal y la porcelana.

- Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo  la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.

- Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos. Por ejemplo el cobre forma hilos finos que se utilizan en instalaciones eléctricas y telefónicas en el hogar.

- Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas. El material más maleable, es el oro.

Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos mecánicos:

- Ensayo de tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de un material.

- Ensayos de dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.

- Ensayos al choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un material.

- Ensayos tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que posee un material para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.

Propiedades físicas: Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material. Pueden dividirse en: eléctricas, magnéticas y ópticas.

Sombras:

Sombra

Una sombra es una región de oscuridad donde la luz es obstaculizada. Una sombra ocupa todo el espacio de detrás de un objeto opaco con una fuente de luz frente a él. La sección eficaz de una sombra es una silueta bidimensional o una proyección invertida del objeto que bloquea la luz.

Características de la sombra de luz

Cuanto mayor es el ángulo entre la dirección de la luz y un objeto alargado que la obstaculice, más corta será su sombra. Por otro lado, cuanto menor sea el ángulo entre la dirección de la luz y la superficie en la que aparece la sombra, más larga será ésta. Si el objeto está cerca de la fuente luminosa, la sombra será mayor que si el objeto se encuentra lejos. Si la superficie está curvada, habrá más distorsiones.
Cuando la fuente de luz no es puntual, la sombra se divide en umbra y penumbra. Cuanto más ancha es la fuente de luz, más difuminada o borrosa será la sombra. Si hay múltiples fuentes luminosas, habrá múltiples sombras, con las partes solapadas más oscuras, o con una combinación de colores. Cuando una persona o un objeto está en contacto con la superficie, como una persona sentada en el suelo o un poste clavado, las sombras convergen al punto de contacto

Umbra

La umbra (en latín: "sombra") es la parte más oscura de una sombra. Dentro de la umbra, la fuente de luz es completamente bloqueada por el objeto que causa la sombra. Esto contrasta con la penumbra (en latín: paene " casi " + umbra "sombra"), donde la fuente lumínica sólo es bloqueada parcialmente.

 

Penumbra

 

Se puede decir que la penumbra es la sombra débil entre la luz y la oscuridad.

 

Propagación rectilinea de la luz

Analicemos algunos hechos observados frecuentemente e intentemos explicarlos.

1. Si viajamos en la ruta durante el día, los arboles que la bordean están iluminados por el sol sin embargo solo vemos los primeros y no vemos los demás que se encuentran alineados hacia atrás.
2. El profesor sentado en el escritorio solamente ve a los primeros alumnos de cada fila pero no a los que se encuentran detrás de ellos.
3. Matías ilumina a Gabriel con un rayo láser, pero no puede iluminar a Camila que se encuentra detrás de Gabriel.

La explicación a estas observaciones está basada en el impedimento del pasaje de luz a través de un cuerpo opaco. Además, la luz no puede doblar para iluminar lo que se encuentra atrás de estos cuerpos, se propaga en forma rectilínea.

 

La luz se propaga en línea recta por cualquier medio transparente y homogéneo.

 

PROPAGACIÓN RECTILÍNEA DE LA LUZ.

Practico.:

 

 

¿Qué es un rayo luminoso?

Para simplificar la representación de la luz que emite una fuente o que incide sobre un objeto,

utilizaremos rectas orientadas que llamaremos rayos. La dirección y sentido de cada uno de estos rayos. La dirección y sentido de cada uno de estos rayos representa la dirección y el sentido en que se propaga la luz en ese medio.

 

¿En que dirección se propaga la luz que emite una lamparita?

La luz se propaga en todas las direcciones posibles del espacio que la rodea. Es importante destacar que los rayos no pueden ser curvos, ya que la luz se propaga en línea recta.

 

En la siguiente imagen se observa un conjunto de rayos, denominados haces luminosos.

 

Según su disposición pueden clasificarse en tres tipos.

a) Divergentes: los rayos que forman el haz se separan. Esto se produce cuando es una fuente puntual de luz.

b) Convergentes: Los rayos que forman el haz confluyen en un punto.

c) Paralelos: El haz está formado por rayos paralelos. Los rayos luminosos provenientes de una fuente muy lejana pueden considerarse paralelos, por ejemplo la luz del Sol cuando llega a nuestro planeta.

Sistemas heterogéneos: métodos de separación de fases

Al realizar actividades industriales, domésticas, agrarias, de investigación, y otras, frecuentemente nos vemos en la necesidad de separar las fases de sistemas heterogéneos.
Por ejemplo, al realizar la toma de agua del río para su potabilización, se deben separar las ramas, bolsas de nylon, las hojas, arena, etc.
En la cocina también se realiza separación de fases. Del huevo crudo separamos la clara de la yema. En la preparación de café, se separa la parte sólida de la líquida. Al preparar una torta es frecuente tamizar (cernir) los ingredientes secos.

 

Existen diferentes métodos para separar las fases de un sistema heterogéneo. Estos métodos se basan en las propiedades físicas de las fases del sistema, como por ejemplo la densidad, el diferente tamaño de los gránulos en sistemas sólidos, propiedades magnéticas, volatilidad, etc.
Métodos de separación de fases
Explicaremos algunos métodos de separación de fases aplicados a sistemas de dos fases (difásicos). Con estos conocimientos, es posible elegir los métodos, y el orden adecuado,  para separar las fases de sistemas polifásicos.

Tamización
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases sólidas granuladas, donde los gránulos de una fase tienen diferente tamaño que los gránulos de la otra fase.
Ejemplo
Sistema formado por arena y pedregullo.
Materiales necesarios
Tamiz, criba o cernidor.

Tamiz

Fundamento
Los orificios del tamiz son suficientemente grandes para dejar pasar a través de ellos los gránulos de la fase sólida pulverizada, pero son lo suficientemente pequeños para retener los gránulos de mayor tamaño de la otra fase.



Tamización

Decantación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases líquidas (no miscibles).
Ejemplo
Sistema formado por agua y aceite.
Materiales necesarios
Embudo de decantación,vaso de bohemia, soporte.

Embudo de decantación

Fundamento
El embudo de decantación está diseñado para que el sistema colocado en él permanezca en reposo, permitiendo así la separación de las fases líquidas. La fase de mayor densidad, queda en el fondo y al abrir la llave de paso saldrá primero. La llave deberá cerrarse cuando se llegue al límite interfásico.

Decantación

Sedimentación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por una fase sólida pulverizada que se encuentra en suspensión en una fase líquida.
Ejemplo
Sistema formado por talco y agua.
Materiales necesarios
Cualquier recipiente, por ejemplo un vaso de bohemia.
Fundamento
La fase sólida finamente dividida al ser más densa que la fase líquida, se irá depositando en el fondo del recipiente debido a la fuerza de atracción gravitatoria.

Sedimentación

El método es lento y poco preciso: para lograr la separación de las fases, hay que inclinar el recipiente y trasvasar la fase líquida superior, intentando que la fase sólida no caiga.

Filtración
Aplicación
Se aplica a sistemas similares a los descritos en el método anterior; es decir, con una fase sólida pulverizada en suspensión en una fase líquida.
Ejemplo
Sistema formado por azufre y agua.
Materiales necesarios
Papel de filtro (u otro material poroso: algodón, tela, cerámica, vidrio sinterizado), soporte, embudo, vaso de bohemia y varilla de vidrio.

Papel de filtro

Fundamento
El material poroso permite que la fase líquida pase a través de los poros pero retiene a la fase sólida aunque esté finamente pulverizada.

Filtración

Centrifugación

Aplicación
Se aplica sistemas formados por una fase líquida y una fase sólida en suspensión.
Ejemplo
Sistema formado por talco y agua.
Materiales necesarios
Centrífuga, tubos de centrífuga.



Centrífuga

Tubos de centrífuga

 

 

 

 

 

 

 

 

Fundamento
Este método utiliza una centrífuga que acelera el proceso sedimentación. Mediante el movimiento de rotación, la fase sólida, de mayor densidad, se deposita en el fondo del tubo de centrífuga, quedando compactada y eficazmente separada de la fase líquida.
Luego se inclina el tubo y se transvasa el líquido a otro recipiente. Este método se basa en el concepto de fuerza centrífuga.

Imantación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases sólidas, donde una de ellas tiene propiedades magnéticas.
Ejemplo
Sistema formado por arena y limaduras de hierro.
Materiales necesarios
Imán y un recipiente.
Fundamento
Se logra separar fácilmente ambas fases utilizando un imán, porque una de las fases tiene la propiedad de ser atraída por él y la otra no.

Imantación

Otros métodos de separación de fases
Con el sistema formado por yodo sólido y arena es posible analizar dos métodos más para separar sus fases.

Sublimación
Este método se fundamenta en la propiedad del yodo de sublimar (pasar del estado sólido al estado gaseoso). El yodo en forma de vapor, al encontrar una superficie a menor temperatura, se deposita en la forma de pequeños cristales. La arena queda en el fondo del recipiente.

Separación de fases por sublimación: el yodo sublima, la arena permanece en el fondo del recipiente.

Disolución selectiva
Este método se aplica para separar sistemas formados por dos sólidos con diferente solubilidad en un líquido determinado.
Por ejemplo el sistema yodo-arena.
En este caso, podemos aprovechar que el yodo tiene la propiedad de ser soluble en alcohol (etanol) y la arena no. Entonces al agregar alcohol al sistema, el yodo queda disuelto en él y la arena se deposita en el fondo del recipiente.
Luego, mediante filtración, se separa la arena de la fase líquida (yodo disuelto en alcohol) y por último se evapora el alcohol y se recupera el yodo.

Aclaración: No se confundan, el líquido que se agrega para hacer la disolución no forma parte del sistema original, es un "medio" que utilizamos para separar las fases del sistema disolviéndolas selectivamente. El líquido agregado se evapora al final para recuperar la fase sólida que se disolvió en él.

Yodo disuelto en alcohol. Como la arena no se disuelve en alcohol, queda en el fondo del recipiente.

Agua

Importancia del agua:

LA LUZ

Si nos preguntamos que necesitamos para ver, surge como idea previa la presencia de los nuestros ojos, los objetos que queremos observar y la presencia de la luz para iluminar a estos objetos.

Pero se encuentra imprescindible que para que podamos ver exista la presencia de: La Luz.
También será fundamental la disposición relativa de cada uno de estos elementos.

Como la presencia de luz es imprescindible, debemos contar con algo que la produzca: Fuentes luminosas. Son fuentes luminosas aquellos cuerpos que emiten luz por si mismos. El resto de los cuerpos reflejan, por lo menos en parte, la luz que reciben. Estos cuerpos son iluminados.
Las fuentes luminosas pueden ser clasificados de diversas formas, por ejemplo:

• Fuentes Naturales
• Fuentes Artificiales

según que existan o no en la naturaleza (o que hayan sido creadas o no por el hombre).

En la naturaleza tenemos muchas fuentes luminosas, las estrellas y el Sol, que es para nosotros la más importante, por ser una estrella muy cercana.

Existen también organismos vivos que son emisores de luz, como ser:

• Algunos vegetales marinos que habitan en aguas cálidas y emiten luz azul al amanecer y al atardecer (se les llama dinoflagelados).
• Hongos terrestres y bacterias que viven asociadas a peces de aguas profundas.
• Insectos luminosos, como por ejemplo las Luciérnagas, que emiten luz amarilla.

En los organismos vivos la producción de luz tiene determinadas funciones, como atraer a los animales del sexo opuesto de su misma especie, o a los animales de los que se alimentan. Como los organismos no necesitan estar a elevadas temperaturas para emitir luz, a la misma se les denomina luz fría. Las fuentes de luz fría se denominan Luminiscentes.
Otras fuentes de este tipo creadas por el hombre son los tubos de Neón o de Sodio.
Esta luz se produce mediante descargas eléctricas en los mismos.

La fotoluminiscencia o fluorescencia se produce cuando la luz incide sobre algunas sustancias (como vapor de Sodio, Fluoruro de Calcio u otras). Por ejemplo las pinturas fluorescentes absorben la luz que reciben  y son capaces de emitir nuevamente luz.
La fosforescencia al igual que la fluorescencia es una propiedad que algunas sustancias tienen de emitir luz cuando son iluminadas, pero se diferencia de ella en que las sustancias fosforescentes son capaces de seguir emitiendo luz, aún una vez que dejan al ser iluminadas.
La luz emitida por las estrellas y por lo tanto también el Sol, es debida a las altas temperaturas que poseen. Este tipo de fuentes se denominan Incandescentes.
Los procesos por los cuales los cuerpos alcanzan elevadas temperaturas pueden ser:

• Combustión, tal como en las velas, lámparas de alcohol o queroseno.
• Reacciones nucleares, como por ejemplo en el Sol.
• Pasaje de corriente eléctrica, como en las lámparas de uso cotidiano, de filamento de Wolframio.

Modelos Atómicos

Modelo atómico de J.J Thomson.

El físico J.J Thomson construyó el primer modelo atómico llamado modelo del budín de pasas, propuesto en el año 1903.

En este modelo establece que el átomo está constituido por una masa positiva y en ella se encuentran incrustados los electrones negativos como “pasas de budín”, de manera que resulta eléctricamente neutro.

Este modelo logró explicar satisfactoriamente los conocimientos químicos y físicos del momento. En pocos años, mediante nuevos experimentos se llegó a la conclusión de que la carga positiva no estaba distribuida por todo el átomo.

El modelo de Thomson fue bastante valorado ya que era capaz de explicar ciertos fenómenos como la electrización y la formación de iones.

  

Modelo atómico de Rutherford

Propuesto en 1911 por Ernest Rutherford. A partir de sus estudios sobre el fenómeno de la radiactividad Rutherford realizó un experimento donde concluye que:

1. en el átomo existe una zona central con carga positiva muy pequeña donde se encuentra la mayor parte de la masa de este, el núcleo.

2. en el átomo existe una zona mucho mayor que rodea al núcleo llamada periferia. En esa zona los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo, como planetas alrededor del sol.

Modelo atómico de Bohr

Elaborado en el año 1913 por Niels Bohr. Retomó la idea de la existencia del núcleo con carga positiva, zona central muy pequeña con respecto al volumen total del átomo donde se concentra la masa del mismo.

Y agrega en su modelo que los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo del átomo. Cada órbita tendría una energía determinada.

 

 

 

Modelo actual - Modelo Mecáno-Cuántico

Este modelo se fundamenta en cálculos matemáticos complejos. Recibe el nombre de modelo mecáno-cuántico.

En este modelo los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero ya no en órbitas circulares, sino que, van a moverse en zonas donde es probable encontrarlos llamadas orbitales.

Fue propuesto en el año 1927 por Schrodinger. Es el modelo actual vigente hasta nuestros días.  Es demasiado complejo representar al átomo según este modelo.