Diseo experimental: Problema de estudio: Determinar experimentalmente la relacin cuantitativa entre la masa de una sustancia y su volumen, a temperatura de la sustancia

constante. Objetivos: Determinar experimentalmente la relacin cuantitativa entre la masa de una sustancia liquida y su volumen Describir los estados de agregacin de la materia Establecer la diferencia entre las propiedades extensivas e intensivas de la materia Analizar las grficas del comportamiento de la relacin entre la masa y el volumen de las sustancias Analizar las propiedades que modifican el comportamiento de la masa y el volumen de las sustancias

Analizar la consecuencia del comportamiento de la relacin entre la masa de una sustancia y su volumen

MARCO TEORICO Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volmenes, as notamos que el hierro o el hormign son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plstico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, ms pesado nos parecer.

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. As, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cbicos (m3) la densidad se medir en kilogramos por metro cbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequea. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad ser de:

La mayora de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estaran usando siempre nmeros muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centmetro cbico (gr./c.c.). La materia presenta formas distintas, las cuales poseen caractersticas que nos permiten distinguir unos objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que nos ayudan a diferenciarlos. Los estados de la materia La materia se puede encontrar en tres estados:

Slido, como la madera y el cobre; Lquido, como el agua y el aceite; y Gaseoso, como el aire y el vapor de agua.

Una misma materia se puede encontrar en los tres estados. Por ejemplo, el agua, que normalmente es lquida, cuando se enfra se convierte en slido y, si se le aplica calor, se transforma en gas. Teora cintico molecular Esta teora supone que la materia est formada por partculas que pueden moverse, tienen energa cintica e interactan entre s, ejerciendo fuerzas atracivas, y tienen energa potencial. Se puede resumir en estos postulados: 1- La materia est formada por pequeas partculas: tomos, molculas o iones. 2- Las particulas de una sustancia son todas ellas iguales entre s y diferentes a las de otra sustancia. 3- En los gases, las partculas estn separadas por distancias muy grandes en comparacin con su tamao; en los lquidos las distancias son ms cortas y, en los slidos, son tan nfimas que solamente se producen movimientos vibratorios. 4- Los gases estn constituidos por molculas que se mueven libremente al azar, colisionando unas con otras mediante choques elsticos. 5- La presin de un gas es consecuencia del choque entre las molculas y las paredes del recipiente. La presin se incrementa al aumentar el nmero de choques. 6- Las fuerzas interactivas entre las partculas son prcticamente nulas en los gases, pequeas y variables en los lquidos y grandes e intensas en los slidos. 7- La energa cintica media de las partculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta. E.sub.c=3/2kT en donde k es la constante de Boltzman. As, en el cero absoluto 0 K, la energa cintica es 0; por eso

Estados de agregacin: Lquido: Si se incrementa la temperatura a un cuerpo la energa cienetica de las molculas que lo componen aumentara generando que la estructura cristalina que lo conforma se deshaga, alcanzando el estado lquido. Caracterstica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, an existe cierta unin entre los tomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los slidos. El estado lquido presenta las siguientes caractersticas: * Cohesin menor * Movimiento energa cintica. * No poseen forma definida * Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. * En el fro se comprime, excepto el agua. * Posee fluidez a travs de pequeos orificios. * Puede presentar difusin. * No tiene forma fija pero si volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy especficas son caractersticas de los lquidos. Gas: Incrementando an ms la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las molculas del gas se encuentran prcticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. El estado gaseoso presenta las siguientes caractersticas: * Cohesin casi nula. * Sin forma definida. * Su volumen slo existe en recipientes que lo contengan. * Pueden comprimirse fcilmente. * Ejercen presin sobre las paredes del recipiente contenedor. * Las molculas que lo componen se mueven con libertad. * Ejercen movimiento ultra dinmico. Slido: A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus tomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformacin aparente. Los slidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atraccin son mayores que las de repulsin. La presencia de pequeos espacios intermoleculares caracteriza a los slidos dando paso a la intervencin de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geomtrica. Las sustancias en estado slido presentan las siguientes caractersticas: * Forma definida * Volumen constante * Cohesin (atraccin) * Vibracin * Rigidez * Incompresibilidad (no pueden comprimirse) * Resistencia a la fragmentacin

* Fluidez muy baja o nula * Algunos de ellos se subliman * Volumen tenso Plasma: El plasma es un gas ionizado, es decir, los tomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones o de todos ellos. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por electrones y cationes (iones con carga positiva), separados entre s y libres, por eso es un excelente conductor. Cuanto ms caliente est el gas, ms rpido se mueven sus molculas y tomos, (ley de los gases ideales) y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos tomos, movindose muy rpido, son suficientemente violentas para liberar los electrones. A diferencia de los gases fros (por ejemplo, el aire a temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnticos. La lmpara fluorescente, contiene plasma (su componente principal es vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad, mediante la lnea de fuerza a la que est conectada la lmpara. Cambios de estado

Propiedades intensivas: Son las cualidades de la materia independientes de la cantidad que se trate, es decir, no dependen de la masa, no son aditivas y por lo general, resultan de la composicin de dos propiedades extensivas. Ejemplos: Densidad, que relaciona la masa con el volumen. Punto de fusin Punto de ebullicin

Propiedades extensivas: Son las cualidades de la materia dependientes de la cantidad que se trate. Son aditivas y de uso ms restringido para caracterizar a las clases de materia debido a que dependen de la masa y las que dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: Masa Volumen Peso

TEORIA CINETICO MOLECULAR: Esta teora describe el comportamiento y las propiedades de la materia en base a cuatro postulados: La materia est constituida por partculas que pueden ser tomos molculas cuyo tamao y forma caractersticos permanecen el estado slido, lquido gas. Estas partculas estn en continuo movimiento aleatorio. En los slidos y lquidos los movimientos estn limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un slido evaporar un lquido. La energa depende de la temperatura. A mayor temperatura ms movimiento y mayor energa cintica. Las colisiones entre partculas son elsticas. En una colisin la energa cintica de una partcula se transfiere a otra sin prdidas de la energa global.

Ley de Gay-Lussac (1778-1850): Estableci la ley de los volmenes de combinacin de las sustancias gaseosas. Establece la relacin entre la temperatura y la presin de un gas cuando el volumen es constante. La presin del gas es directamente proporcional a su temperatura: * Si aumentamos la temperatura, aumentar la presin. * Si aumentamos la presin, aumentar la temperatura.

Ley de Charles: explica las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presin constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. Esta ley dice que a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partculas. As que, a mayor movimiento de las partculas (temperatura), mayor volumen del gas. Se expresa por la frmula; en esta ley actan la presin de un gas ideal as como la de un gas constante.

Ley de Boyle: Es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presin de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presin:

Donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presin, el volumen disminuye, mientras que si la presin disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deber cumplirse la relacin:

HIPOTESIS:

MASA sustancia ( g sus)

Y= mX + b Y vs. X MASA sustancia Vs VOLUMEN sustancia

La MASA de la sustancia es una relacin lineal con pendiente positiva con respecto al volumen de la sustancia
Variables extraas: Temp. Sustancia constante

Y= mX + b Masa sustancia = (m) volumen sus+ b +m

b 0

VOLUMEN sustancia ( mL sus)

MASA sustancia ( g sus)

Y= -mX + b Y vs. X MASA sustancia Vs VOLUMEN sustancia

La MASA de la sustancia es una relacin lineal con pendiente negativa con respecto al volumen de la sustancia
Variables extraas: Temp. Sustancia constante

Y=- mX + b

Masa sustancia = -(m) volumen sus+ b

b 0

VOLUMEN sustancia ( mL sus)

MASA sustancia ( g sus)

Y= mX + b Y vs. X MASA sustancia Vs VOLUMEN sustancia

La MASA de la sustancia es una relacin lineal directamente proporcional con respecto al volumen de la sustancia
Variables extraas: Temp. Sustancia constante

+m Y=0 b=0 x=0

Y= mX + b b= 0 x= 0 y= 0 Y= mx Y= x Masa sus = volumen sus

VOLUMEN sustancia ( mL sus)

METODOLOGIA Materiales empleados:

Cantidad Descripcin Capacidad Precisin Incertidumbre 1 Regla de 30cm 30 cm 1 mm Calibrada por el fabricante 6 Ligas de ltex del mismo lote 2 Clips 4 Bolsas pequeas de plstico 4 Masas (sal) 1 Soporte universal 1 Nuez 1 Pinza de 3 dedos 1 Balanza granataria 2610g. 0.1g. Calibrada por el fabricante 1 Termmetro 1 Esptula Procedimiento para medir la variable x, y luego la variable y: 1) Homogeneizar la muestra de la sustancia liquida (probeta graduada de 50 mL) 2) Medir la masa del recipiente vaco en la balanza granataria ( probeta de 25 mL) 3) Colocar en el recipiente cero mL de sustancia liquida 4) Medir la masa del recipiente con cero mL de la sustancia liquida (46.4 g ) 5) Medir la longitud final del cuerpo elstico cuando la masa (0g) aun cuelga de el 6) Repetir los pasos 4,5, 6 y 7 con una masa de 20 g 7) Quitar la masa y colocar el cuerpo elstico en la mesa y medir la longitud final 8) Anotar los resultados 9) Repetir los pasos 4,5,6,8,9 ahora con masas de 40,60,80 y 100g.

Resultados:
Masa g. 0 20 40 60 80 100 Long. Final con masa cm Y1 y2 y3 y4 9 9 9 9 y5 9 Long. Final sin masa cm y1 y2 y3 y4 9 9 9 9 y5 9

TABLA 2.
MASA

YVS. X Longitud de deformacin VS masa

X 0 20 40 60 80 100

y3 0

y4 0

y5 0

cm. y 0

TABLA 3. Masa g. x 0 20 40 60 80 100

YVS. X longitud de deformacin media vs masa Longitud de deformacin media cm y Zonas

Bibliografa:
http://www.escolar.com/article-php-sid=27. http://www.sabiask.com/sabiasque/ciencia/masapeso.html http://reocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/8679/Quimica_12/Capitulo_1.htm Resnick, Robert. Fsica Vol. 1 4, compaa editorial continental, Mxico, 2001. http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Ley_de_Hooke.htm Hewitl, Paul G. Fsica Conceptual 5 edicin Editorial: Pearson Educacin 1999, Mxico Sears, Francis W. y Zemansky, Mark W. Fisica general Quinta edicin Editorial Aguilar Madrid, Espaa 1975