Propiedades físicas: masa, peso, volumen, densidad, resistividad eléctrica, conductividad y expansión térmicas, y dureza

Las propiedades físicas de un material son aquellas propiedades que pueden determinarse sin daño o destrucción (sin necesidad de realizar pruebas destructivas) y se relacionan con la interacción del material con la energía y la materia en sus diversas formas. 

Masa

“La masa expresa la cantidad de materia que hay en un objeto o un cuerpo.” (1) La unidad básica del Sistema Internacional para la masa es el Kilogramo (kg).

Peso

El peso es la fuerza con la que un cuerpo más masivo atrae a otro, en nuestro caso habitualmente ese cuerpo más masivo es la tierra. El peso es una fuerza y representa la masa de un objeto bajo la acción de la gravedad y se expresa mediante la segunda ley de Newton:

P = m · g

P = peso

m = masa

g = aceleración debida a la gravedad medida en m/s²

En la superficie terrestre la aceleración tiene un valor aproximado de 9,8 m/s² mientras que por ejemplo en la Luna ese valor es solamente 1,6 m/s² por lo que se entiende que el peso es variable.

Al ser una fuerza, en el Sistema Internacional se mide en Newtons:

1 N = 1 kg · 1 m/s²

N = Newton

kg = kilogramo

m/s² = metros / segundos al cuadrado

Volumen

“El volumen como magnitud es entendido como el espacio que ocupa un cuerpo.(2) La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico. Para medir la capacidad se utiliza el litro (l). Por razones históricas, existen unidades separadas para ambas, sin embargo están relacionadas por la equivalencia entre el litro y el decímetro cúbico:

1 dm3 = 1 litro = 0,001 m3 = 1000 cm3.
1 m3 = 1.000 l

Densidad

La densidad es una propiedad física característica de cualquier materia. Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo (m/v); es decir, es la cantidad de materia (masa) que tiene un cuerpo en una unidad de volumen. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico.

ρ = (se lee ro es una letra griega) densidad expresada en  kg/m³
m = masa expresada en kg
V = volumen expresado en m³
Cada sustancia/material, en su estado natural, tiene una densidad característica.

 

“La densidad es importante en relación con el peso y el tamaño del producto (por ejemplo, para su transporte). La comida envasada se vende por peso o volumen, y se requiere una consistencia concreta.”(5)

Resistividad  y conductividad eléctrica

La resistividad y la conductividad eléctrica hacen ambas referencia a la dificultad o facilidad para pasar los electrones a través de un determinado material, son propiedades físicas inherentes a los materiales y determinan si un material es buen o mal conductor de la electricidad o buen o mal aislante.

La resistencia eléctrica de una material a la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.

La resistencia eléctrica se representa con la letra R, y se mide en el Sistema Internacional en Ohmios (Ω).

“La resistividad es la resistencia eléctrica específica de un determinado material a través de una determinada sección del material. Se designa por la letra griega ρ  y se mide en ohm•metro (Ω•m) ​”(4)

R = es la resistencia eléctrica en ohmios

= es la sección transversal del material en m²

= es la longitud en m

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica: un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que un valor bajo indica que es un buen conductor.

La resistividad es la inversa de la conductividad eléctrica; por tanto, ρ = 1/σ.

“La resistividad eléctrica es importante para elegir materiales conductores o aislantes.”(5)

La conductividad eléctrica (símbolo σ) es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material. Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material, y de la temperatura.

La conductividad es la inversa de la resistividad ; por tanto, , y su unidad en el Sistema Internacional es el Siemens/metro equivalente a Ω−1·m−1.

Conductividad y expansión térmica

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales  que mide la capacidad de conducir calor. Esta propiedad depende principalmente del material y la temperatura.

En los metales es alta mientras que en los materiales cerámicos y los polímeros es baja.

“La conductividad térmica es importante para los objetos que se van a calentar, los que son conductores o los que se deben aislar de ganancias o pérdidas de calor.”(5)

“La expansión térmica es el incremento en el volumen de un material a medida que aumenta su temperatura; por lo general, se expresa como un cambio fraccionario en las medidas por unidad de cambio de temperatura. Cuando el material es sólido, la expansión térmica se describe en términos de cambio de longitud, altura o grosor. Si el material es líquido, por lo general se describe como un cambio de volumen. Debido a que las fuerzas de unión entre átomos y moléculas varían de material a material, los coeficientes de expansión son característicos de los elementos y compuestos.”(6)

“La expansión térmica (expansividad) cobra importancia cuando se unen dos materiales distintos. Estos pueden experimentar posteriormente grandes cambios de temperatura mientras permanecen unidos.”(5)

Dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones físicas como la penetración, la abrasión y el rayado. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el metal es mucho más difícil de rayar.

“La dureza es importante cuando se requiere resistencia frente a la penetración o los arañazos. Las baldosas de cerámica son extremadamente duras y resistentes a los arañazos.”

Referencias:

(1) A. 2018,11. Concepto de Masa. Equipo de Redacción de Concepto.de. Obtenido 2019,04, de https://concepto.de/masa/)

(2) A. 2019,03. Concepto de Volumen. Equipo de Redacción de Concepto.de. Obtenido 2019,04, de https://concepto.de/volumen/

(4) Física universitaria con física moderna Volumen 2, página 851. Sears y Zemansky, decimosegunda edición. Año 2009.

(5) Material de Ayuda al profesor de Tecnología del diseño (ibo.org)

(6) http://spanish.amadamiyachi.com/glossary/glossthermalexpansion (consultado el 18-04-2019)

Bibliografía:

https://ingemecanica.com/tutoriales/unidadesdemedida.html (consultado el 17-04-2019)

Published by

celiadelcueto

Departamento de Educación Plástica y Tecnología del Colegio San Fernando de Avilés

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.