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Materia, energía y cambio
Trabajo y energía
Definición de trabajo en la ciencia física
Trabajo (física), el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento
del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se
produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es
energía en movimiento. Las unidades de trabajo son las mismas que las de energía. Cuando
se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza
trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía
comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. También se realiza
trabajo cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo, como ocurre por ejemplo en
la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. La fuerza puede no ser mecánica,
como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción;
también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial (véase
Electricidad). Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento, no se realiza
trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno
sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario.
* Trabajo Mecánico
El trabajo mecánico es una fuerza escalar producido solo cuando una fuerza mueve un
cuerpo en su misma dirección. El trabajo mecánico es algo que puede medirse con
precisión. Dos factores están presentes cuando se realiza un trabajo: la aplicación de una
fuerza y el movimiento del objeto por efecto de esa fuerza.
C) Concepto de Vector Fuerza y Vector Desplazamiento
Vectores y fuerza neta Con frecuencia, sobre un cuerpo actúan simultáneamente varias
fuerzas. Puede resultar muy complejo calcular por separado el efecto de cada una; sin
embargo, las fuerzas son vectores y se pueden sumar para formar una única fuerza neta o
resultante (R) que permite determinar el comportamiento del cuerpo.
Se denomina momento de una fuerza respecto de un punto al producto vectorial del vector
posición r de la fuerza por el vector fuerza F
M= r x F
y
F
dF
x
Expresión matemática de trabajo. (W)
Trabajo como un producto escalar
El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia
T=Fd
Unidades del trabajo en el Sistema Internacional (S.I.) de Unidades
La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el Jouel, que se define
como el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton a lo largo de un metro. El trabajo
realizado por unidad de tiempo se conoce como potencia. La potencia correspondiente a un
Jouel por segundo es un vatio. Kilográmetro: equivale a la fuerza de un kilogramo actuando
a lo largo de un metro. Erg: Equivale a la aplicación de3 la fuerza de una DINA a una
distancia de un centímetro.
Jouel=J
Kilográmetro=Kgm
Erg=Erg
La fuerza se mide en Newton(N)
La distancia se mide en metros (m)
El trabajo en (Nxm)
Las unidades (Nmx) pueden ser sustituidas en Joule(J)
3.- ENERGIA.
Concepto y/o definición de energía.

Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo.

Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz,
calor, etc.

Es la capacidad de que dispone un cuerpo o un sistema de cuerpos para realizar un
trabajo.
Formas en que se manifiesta la energía en la naturaleza.
Los vegetales utilizan dos fuentes de energía. Toman la energía radiante que procede del
sol y la convierten en energía química, fabricando moléculas como la glucosa.
Posteriormente se produce la combustión de estas moléculas y este hecho proporciona la
energía necesaria para vivir.
El resto de los seres vivos no podemos tomar directamente la energía que proviene del sol.
Por esta razón, nuestra fuente de energía son los alimentos que proceden de otros seres
vivos.
De los alimentos aprovechamos la energía química contenida en moléculas como la
glucosa. Esta energía se libera mediante su combustión.
a) ejemplos de la transformación de la energía

cuando una roca esta sostenida en la cima de una montaña tiene energía potencial,
pero, de repente cae, al caer se la energía potencial se transforma en energía cinética
porque dicha roca está en movimiento.

En el hogar se consume gran cantidad de energía.

Al encender un auto

Los alimentos- fuente de energía vital.
b) ley dela conservación de la energía.

La energía no se crea ni se destruye solamente se transforma de manera que la
energía total es constante.

En cualquier proceso, la energía total ni aumenta ni se destruye. La energía puede
transformarse de una forma a otra, y ser transferida de un cuerpo a otro, pero la cantidad
total permanece constante.
C) Energía cinética.
Concepto y/o definición de energía cinética.
Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo, si dicho cuerpo se encuentra
en movimiento y de acuerdo a su velocidad y su masa.
Cinética proviene del griego kinetikos y significa: movimiento
La energía cinética de un cuerpo es la capacidad que posee de realizar un trabajo debido a
su movimiento.
2.- energía que un objeto posee debido a su movimiento.
Expresión matemática de la energía cinética.
La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:
Ec = 1/2· m · v2
E c = Energía cinética
m = masa
v = velocidad
En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben
pertenecer al mismo sistema.
Energía cinética de un cuerpo
Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro
puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo. Para que un cuerpo adquiera energía
cinética o de movimiento, es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una
fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la
velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.
Unidades de energía cinética en el S. I.
En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v
en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en
Joule ( J ).
D) Energía potencial gravitacional
Concepto y/o definición de energía potencial gravitacional.
Energía potencial gravitatoria es aquella energía que poseen los cuerpos que se encuentran
en altura. Esta energía depende de la masa del cuerpo y de la atracción que la Tierra ejerce
sobre él (gravedad).
Cuando se ubica a cierta altura un cuerpo se dice que este posee energía potencial porque al
dejar caer el cuerpo puede realizar un trabajo como demoler una construcción, comprimir o
aplastar a otros objetos, ocasiona perforaciones, provocar movimientos, etc.
Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo dependiendo de la altura en
que se encuentren.
Expresión matemática de trabajo potencial
E p= (m gt) h
m = masa g t = gravedad de la tierra h = altura
Unidades de energía potencial gravitacional en el S. I.
Mezclas
La materia que se encuentra en la naturaleza rara vez consiste de una sustancia única,
siempre esta conformada por una mezcla, las cuales son sistemas heterogéneos que se
caracterizan por tener una composición variable y conservar las propiedades de sus
componentes; por el contrario las soluciones son sistemas homogéneos, uniformes en
el que las sustancias en mayor cantidad suele llamarse solvente y la de menor cantidad
soluto.
Los químicos normalmente trabajan con sustancias puras. Para obtenerlas es
necesario separarlas de una mezcla.
El término separación se puede considerar como operación encaminada a dividir una
mezcla de dos o más compuestos en al menos 2 partes de distinta composición.
La importancia de la técnica de separación ha crecido de forma exponencial y ha hecho
progresar la Química.
La gran cantidad de técnicas de separación y los estudios teóricos sobre estas, así como las
ínter correlaciones de distintas técnicas, ha hecho de que hablemos de Técnicas de
SEPARACIÓN.
Hay varios métodos para separar los componentes de una mezcla. En el laboratorio son
comunes los siguientes:

Decantación.

Filtración.

Destilación.

Cristalización.

Magnetismo.

Cromatografía.

Centrifugación.

Evaporación.
o
Estas son algunas técnicas utilizadas en el laboratorio que nos servirán de base en la
separación de ciertas mezclas, además de aprender las propiedades físicas y químicas
de algunas sustancias o componentes que conforman dicha mezcla.
OBJETIVOS

Separar las componentes de una mezcla heterogénea. (Sal y Arena)

Extraer el hierro presente en una muestra de suelo.

Separar los componentes de una mezcla homogénea.
LAS MEZCLAS
Son dos o más sustancias que forman un sistema en el cual no hay enlaces químicos entre
las sustancia que lo integran. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas.
Las mezclas homogéneas están formadas por una sola fase, es decir, no se pueden
distinguir las partes, ni aún con la ayuda de un microscopio eléctrico, presenta la misma
composición en cualquiera de sus partes.
Las mezclas homogéneas se caracterizan porque físicamente no se aprecia que estén
formadas por diferentes constituyentes.
Para separar los componentes de una disolución se utilizan técnicas como la cromatografía,
la destilación o la cristalización fraccionada.
Un ejemplo de mezclas homogéneas es cuando se adiciona sustancias sólidas al agua.
Hay veces que algunas se disuelven más fácilmente que otras (por ejemplo sal, azúcar,
bicarbonato) o también se notado que llega un momento en que si se sigue adicionando el
sólido ya no se disuelve más.
A esta característica que presentan las sustancias se le llama solubilidad y nos indica la
cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad específica de disolvente, a
una temperatura y presión determinada.
Por ejemplo el aire es una mezcla gaseosa compuesta principalmente por Nitrógeno,
Oxígeno, Argón, Vapor de Agua, y Dióxido de Carbono, en ésta mezcla no se distinguen
límites de separación entre una sustancia y otra.
Las mezclas heterogéneas están físicamente separados y pueden observarse como tales.
Se caracterizan porque se aprecia físicamente de qué están formados sus constituyentes y
cada uno conserva sus propiedades, también se dice que en una mezcla heterogénea se
aprecian diferentes fases.
Estos componentes se pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la
decantación o la separación magnética.
Por ejemplo, si agregamos arena a un recipiente con agua, aunque son humedecidos por el
agua, los granos de arena permanecen enteros; por lo tanto se tiene una fase sólida y una
líquida.
En una mezcla heterogénea es posible separar en forma sencilla cada una de las fases.
El aceite y el agua forman una mezcla en la que el aceite se localiza en la parte superior y el
agua, en la parte inferior, debido a que la densidad de ésta última es mayor que la del
aceite, se pueden distinguir claramente las fases.
LA SEPARACIÓN DE MEZCLAS
En un estado natural de las sustancias generalmente forman mezclas. Existen métodos para
separar los componentes que las forman por lo cual se debe tomar en cuenta el estado
natural de la mezcla y de sus componentes.
Existe gran cantidad de sustancias químicas que, para identificarlas, se separan en sistemas
homogéneos sencillos para conocer su utilización y composición, utilizan procesos que
reciben el nombre de Análisis Químicos.
Hay varios métodos para separar los componentes de una mezcla.
En la práctica de laboratorio se emplearon las siguientes técnicas de separación:

Decantación.

Filtración.

Destilación.

Centrifugación

Evaporación.
LA DECANTACIÓN:

Se usa para separar mezclas formadas por sólidos y líquidos o por más de dos o más
líquidos no miscibles (no solubles). Consiste en dejar reposar el líquido que contiene
partículas sólidas en suspensión.
Luego se transvasa con cuidado el líquido (menos denso) a otro recipiente, puede utilizarse
una varilla de vidrio a fin de retenerse alguna partícula sólida que trate de pasar.
Esta técnica se utiliza también con líquidos no miscibles, como el agua y el aceite. Se
emplea con frecuencia el embudo de separación o de decantación.
Se coloca en el embudo la mezcla y cuando se hayan diferenciado las dos partes, abre la
llave y se separan los líquidos. La capa superior pertenece al líquido menos denso y queda
dentro del embudo.

LA FILTRACIÓN
Se usa para separas sólidos no solubles en líquidos. La separación se hace por medios
porosos que retienen las partículas sólidas y dejan pasar el líquido; algunos son:

Papel de filtro.

Fieltro.

Porcelana Porosa.

Algodón.

Lana de vidrio.

Arena.

Carbón.
Según la mezcla que se valla a filtrar.

DESTILACION
Las soluciones (sistemas homogéneos) o mezclas de líquidos miscibles pueden separarse
por cambios de estado “Congelación , Evaporación y Condensación” para separar los
componentes de una solución se emplea con frecuencia la destilación; también se usa para
purificar las sustancias líquidas.
El agua se destila con el fin de eliminar las sales contenidas en ésta. La destilación se basa
en la diferencia de los puntos de ebullición de sus componentes. Se calienta la solución y se
concentran los vapores, la sustancia que tiene menor punto de ebullición (más volátil9 se
convierta en vapor antes que la otra, ésta primera sustancia se hace pasar al condensador
para llevarla a estado líquido.
Los tipos de Destilación más comunes son: La Destilación Simple, Destilación Fraccionada
y la Destilación por Arrastre con Vapor.
En la Destilación Simple, El proceso se lleva a cabo por medio se una sola etapa, es decir,
que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo (mayor presión de vapor) y se
condensa por medio de un refrigerante.
En la Destilación fraccionada el proceso se realiza en multi-etapas por medio de una
columna de destilación en la cual, se llevan a cabo continuamente numerosas evaporaciones
y condensaciones. Al ir avanzando a lo largo de la columna, la composición del vapor es
más concentrada en el componente más volátil y la concentración del líquido que condensa
es más rica en el componente menos volátil.

centrifugación
La centrifugación es la separación de las dos fases (Sólida y líquida) de una mezcla
mediante la fuerza centrífuga originada en la centrifugadora.
El equipo gira alrededor de un eje, generando así una fuerza centrífuga que hace que las
partículas de la fase más pesada se dispongan formando una capa lo más alejada posible del
eje de rotación, todo lo contrario que ocurre con las partículas de la fase más ligera.
Podemos hablar de tres tipos fundamentales de separadores centrífugos
Centrifugador "tubular-bolw". Gira a velocidades muy altas, generando fuerzas centrífugas
del orden de 13,000 veces la fuerza de la gravedad. Está construido para operar con
caudales de entre 200 y 2,000 litros/hora. Al no disponer de un sistema de extracción
automático, sólo puede trabajar con concentraciones pequeñas de sólidos.
Centrifugador "disk-bowl". Gira a una velocidad inferior al anterior y genera una fuerza
centrífuga 7,000 veces la de la gravedad. Puede manejar caudales de hasta 20,000
litros/hora con cantidades moderadas de sólidos.
Centrifugador "solid-bowl". Su velocidad de giro provoca fuerzas centrífugas de 3,000
veces la de la gravedad. Es capaz de trabajar con corrientes que contienen gran cantidad de
sólidos, separando hasta 50 toneladas/hora de esas sustancias.
Ventajas y aplicaciones
Esta clase de separadores están diseñados para operar con corrientes líquido-sólido y
líquido-líquido-sólido. Los sistemas gas-sólido se separan por medio de otro tipo bien
diferenciado de equipos que son los ciclones.

Evaporación
Se llama evaporación al paso espontáneo de un líquido la fase de vapor. Si la materia que
pasa a vapor es un Sólido se denomina sublimación. Ambos procesos ocurren cuando la
presión de vapor de la sustancia es mayor que la presión parcial de las sustancias en la fase
de vapor. Basado en esto es posible separar sustancias que se evaporen con facilidad de
otras que no se vaporicen o lo hagan con dificulta. Mientras mayor sea la presión de vapor
del líquido (punto de ebullición menor) quiere decir que el líquido pasa a vapor más fácil y
se puede separar con mayor facilidad.
Tipos de Movimientos
MOVIMIENTO PENDULAR
Este movimiento fue estructurado por primera vez por Galileo Galiley, es el cual se
Construyó varios péndulos para demostrar sus razonamientos. 50 años después Huygens
aplico el movimiento pendular al movimiento de los relojes. 100 años después León Fucalt
descubre que el movimiento pendular se debe principalmente al movimiento de rotación de
la tierra.
LEYES DEL PENDULO
1) El periodo de un péndulo es independiente de su amplitud. Esto significa que si se tienen
2 péndulos iguales (longitud y masa), pero uno de ellos tiene una amplitud de recorrido
mayor que el otro, en ambas condiciones la medida del periodo de estos péndulos es el
mismo.
2) El periodo de un péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud.
Esto significa que el periodo de un péndulo puede aumentar o disminuir de acuerdo a la raíz
cuadrada de la longitud de ese péndulo.
Péndulo Simple: Un péndulo simple se define como una partícula de masa m
suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa despreciable.
Si la partícula se desplaza a una posición ð0 (ángulo que hace el hilo con la vertical) y
luego se suelta, el péndulo comienza a oscilar.
El péndulo describe una trayectoria circular, un arco de una circunferencia de radio l.
Estudiaremos su movimiento en la dirección tangencial y en la dirección normal.
Las fuerzas que actúan sobre la partícula de masa m son dos
Una fuerza vertical, el peso mg
La acción del hilo, una fuerza T en la dirección radial
Descomponemos el peso en la acción simultánea de dos componentes, mg·senq en la
dirección tangencial y mg·cosq en la dirección radial.
#5.- ¿Qué es el periodo de un péndulo?
PERÍODO: Se define como el tiempo que se demora en realizar una oscilación completa.
Para determinar el período se utiliza la siguiente expresión T/ N° de Osc. (Tiempo
empleado dividido por el número de oscilaciones).
MOVIMIENTO RECTILÍNEO
Se denomina movimiento rectilíneo, a aquél cuya trayectoria es una línea recta. Puede ser
uniforme (M.R.U.), o uniformemente variado (M.R.U.V.). Es uniforme cuando la
velocidad que tiene el móvil es constante, es decir, no tiene aceleración; en cambio, es
M.R.U.V. cuando sí tiene aceleración, o sea, su velocidad va variando constantemente a
través del tiempo.
Movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.)
Existen varios tipos especiales de movimiento fáciles de describir. En primer lugar, aquél
en el que la velocidad es constante. En el caso más sencillo, la velocidad podría ser nula, y
la posición no cambiaría en el intervalo de tiempo considerado. Si la velocidad es
constante, la velocidad media (o promedio) es igual a la velocidad en cualquier instante
determinado. Si el tiempo t se mide con un reloj que se pone en marcha con t = 0, la
distancia e recorrida a velocidad constante v será igual al producto de la velocidad por el
tiempo. En el movimiento rectilíneo uniforme la velocidad es constante y la aceleración es
nula.
Movimiento uniformemente variado (M.U.V.)
Otro tipo especial de movimiento es aquél en el que se mantiene constante la aceleración.
Como la velocidad varía, hay que definir la velocidad instantánea, que es la velocidad en
un instante determinado.
MOVIMIENTO ONDULATORIO
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso
en el vacío.
A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las
ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga
únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. Los
conceptos generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los
fenómenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las características del
comportamiento ondulatorio.
Los jugadores de dominó, como distracción complementaria, colocan las fichas del juego
en posición vertical, una al lado de otra, a una distancia inferior a la longitud de las fichas
formando una hilera. Cuando se le da un impulso a la ficha situada en uno de los extremos
se inicia una acción en cadena; cada ficha transmite a su vecina el impulso recibido, el cual
se propaga desde un extremo a otro a lo largo de toda la hilera. En términos físicos podría
decirse que una onda se ha propagado a través de las fichas de dominó. La idea de onda
corresponde en la física a la de una perturbación local de cualquier naturaleza que avanza o
se propaga a través de un medio material o incluso en el vacío.
Algunas clases de ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material
que, al igual que las fichas de dominó, haga el papel de soporte de la perturbación; se
denominan genéricamente ondas mecánicas.
El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en muelles o en
cuerdas, son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones,
deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. Sin
embargo, existen ondas que pueden propasarse aun en ausencia de medio material, es decir,
en el vacío. Son las ondas electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta
segunda categoría pertenecen las ondas luminosas.
Independientemente de esta diferenciación, existen ciertas características que son comunes
a todas las ondas, cualquiera que sea su naturaleza, y que en conjunto definen el llamado
comportamiento ondulatorio, esto es, una serie de fenómenos típicos que diferencian dicho
comportamiento del comportamiento propio de los corpúsculos o partículas.
MOVIMIENTO ONDULATORIO
Un cuerpo experimenta un movimiento vibratorio u ondulatorio cuando se desplaza varias
veces a uno y otro lado de la posición fija que tenía inicialmente.
Galileo Galilei (1564-1642) estudio con detenimiento este fenómeno. Para ello se ayudó de
un péndulo, aparato que consta de un hilo y de una esfera u otro cuerpo que está suspendido
de el y oscila libremente. Con sus experimentos Galileo descubrió los principios básicos del
MAS.
El movimiento que describe el cuerpo recorre la misma trayectoria cada determinado
tiempo. Cuando un cuerpo con este movimiento se desplaza, origina un movimiento
ondulatorio.
La materia y la energía están íntimamente relacionadas. La primera está representada por
partículas y la segunda por "ondas", aunque hoy en día esa separación no está tan clara. En
el mundo subatómico "algo" puede comportarse como partícula u onda según la experiencia
que se esté haciendo. Por ejemplo, la electricidad está constituida por electrones y estos
presentan este doble comportamiento.
El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio. Su
propiedad esencial es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. Así, no
hay una ficha de dominó o un conjunto de ellas que avancen desplazándose desde el punto
inicial al final; por el contrario, su movimiento individual no alcanza más de un par de
centímetros. Lo mismo sucede en la onda que se genera en la superficie de un lago o en la
que se produce en una cuerda al hacer vibrar uno de sus extremos. En todos los casos las
partículas constituyentes del medio se desplazan relativamente poco respecto de su posición
de equilibrio. Lo que avanza y progresa no son ellas, sino la perturbación que transmiten
unas a otras. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de
cantidad de movimiento.
Proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia,
mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de
propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una
posición de equilibrio. Puede ser una oscilación de moléculas de aire, como en el caso del
sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en
la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las
partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma
continua. Estas ondas se denominan mecánicas porque la energía se transmite a través de
un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio. Las únicas ondas que
no requieren un medio material para su propagación son las ondas electromagnéticas; en
ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de campos magnéticos
y eléctricos.