Materia y energía: propiedades y cambios físicos

Si miras a tu alrededor, verás objetos muy diferentes: una mochila, el aire que respiras, el agua de un vaso o tu propio cuerpo. Aunque parezcan distintos, todos tienen algo en común: están hechos de materia.

La materia se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, es decir, tiene volumen. Para entenderlo mejor, piensa en un globo: aunque el aire sea invisible, ocupa un espacio dentro del globo y tiene un peso (masa), por lo tanto, el aire es materia.

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. No debemos confundirla con el tamaño; por ejemplo, una bola de hierro pequeña puede tener más masa que una pelota de playa grande llena de aire.

Para medir la masa utilizamos instrumentos como la balanza o la báscula. Las unidades de medida más comunes son:

• El kilogramo (kg): se usa para objetos pesados (como una persona o un saco de patatas).
• El gramo (g): se usa para objetos ligeros (como un clip o una gominola).

Recuerda la equivalencia fundamental: $1 \text{ kg} = 1000 \text{ g}$

El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Un autobús tiene mucho más volumen que una bicicleta porque ocupa más sitio en la calle.

Para medir el volumen de los líquidos, utilizamos recipientes graduados como las probetas, los vasos medidores o las jeringuillas. La unidad principal de medida para el volumen es el litro (l), aunque para cantidades pequeñas usamos el mililitro (ml). La masa y el volumen son propiedades generales de la materia, lo que significa que todos los objetos las tienen, sin excepción.

Los sólidos son materiales que tienen una forma fija y un volumen constante. Esto significa que, si pones un lápiz dentro de una caja o sobre una mesa, su forma no cambia.

• Resistencia: Muchos sólidos son difíciles de deformar (como una piedra), aunque otros son elásticos (como una goma).
• Ejemplos: Hielo, madera, rocas, metales.

Los líquidos tienen un volumen constante, pero su forma es variable. No tienen forma propia, sino que se adaptan al recipiente que los contiene.

• Fluidez: Los líquidos tienen la capacidad de escurrirse o moverse por canales; por eso decimos que "fluyen".
• Ejemplos: Agua, zumo, aceite, leche.

Los gases son muy especiales porque tienen forma y volumen variables.

• Expansión: Un gas tiende a ocupar todo el espacio disponible (si abres un bote de perfume, el olor llega a toda la habitación).
• Compresión: Los gases se pueden "apretar" o comprimir para que ocupen menos espacio, como cuando inflamos una rueda de bicicleta.
• Ejemplos: El aire, el vapor de agua, el helio de los globos.

Cuando calentamos la materia, ocurren dos procesos principales:

1. Fusión: Es el paso de sólido a líquido. Por ejemplo, un cubito de hielo que se derrite al sol.
2. Vaporización: Es el paso de líquido a gas. Puede ocurrir lentamente (evaporación, como la ropa secándose) o rápido cuando alcanza el punto de ebullición (cuando el agua hierve a $100^\circ\text{C}$).

Cuando la materia pierde calor (se enfría), ocurren estos cambios:

1. Solidificación: Es el paso de líquido a sólido. Ocurre cuando metemos agua en el congelador y se convierte en hielo.
2. Condensación: Es el paso de gas a líquido. Lo vemos por las mañanas en el rocío sobre las plantas o cuando se empaña el cristal de las gafas al beber algo caliente.

En la naturaleza, el agua cambia de estado constantemente:

• El sol calienta el agua de los mares (evaporación).
• El vapor sube y se enfría formando las nubes (condensación).
• El agua cae en forma de lluvia o nieve (precipitación) y vuelve a los ríos, cerrando el ciclo.

Una sustancia pura es aquella que está formada por un solo tipo de materia y sus propiedades son siempre las mismas.

• Ejemplos: El oro, la sal común, el oxígeno y el agua pura.

Una mezcla se forma cuando combinamos dos o más sustancias puras.

• Mezclas homogéneas: No podemos distinguir sus componentes a simple vista (ejemplo: agua con azúcar o el aire). También se llaman disoluciones.
• Mezclas heterogéneas: Podemos ver claramente las diferentes partes que las forman (ejemplo: una ensalada, arena con agua o una sopa de fideos).

Podemos volver a separar los componentes de una mezcla usando varios métodos:

• Filtración: Para separar un sólido de un líquido (usar un colador para los fideos).
• Evaporación: Para separar un sólido disuelto en un líquido (dejar agua con sal al sol para que el agua se vaya y quede la sal).
• Decantación: Para separar sustancias con distinta densidad que no se mezclan, como el aceite y el agua.

La energía es la capacidad que tienen los objetos para producir cambios en ellos mismos o en otros objetos. Sin energía, no habría luz, ni movimiento, ni vida. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de unos tipos a otros. Por ejemplo, la energía eléctrica se transforma en luz y calor en una bombilla.

Son aquellas que no se agotan porque la naturaleza las repone constantemente. Son limpias y no contaminan apenas.

• Solar: Del sol (paneles solares).
• Eólica: Del viento (molinos o aerogeneradores).
• Hidráulica: Del agua en movimiento (presas).

Son recursos que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas y pueden agotarse.

• Combustibles fósiles: Carbón, petróleo y gas natural. Su uso contamina el aire (efecto invernadero).
• Energía nuclear: Utiliza sustancias como el uranio.

Es fundamental cuidar el planeta mediante el ahorro energético:

1. Apagar las luces al salir de una habitación.
2. Usar el transporte público o la bicicleta.
3. Reciclar, ya que fabricar objetos nuevos gasta mucha más energía que reutilizar los viejos.

Una fuerza es cualquier causa capaz de deformar un objeto o cambiar su estado de movimiento.

• Deformación: Si aprietas un trozo de plastilina, cambias su forma.
• Movimiento: Una fuerza puede hacer que un objeto parado se mueva, que vaya más rápido (aceleración) o que se detenga (frenado).

Las fuerzas pueden actuar de dos maneras:

1. Fuerzas por contacto: Los cuerpos se tocan (empujar un carrito).
2. Fuerzas a distancia: No hay contacto físico.
   • Gravedad: La fuerza que nos atrae hacia el suelo.
   • Magnetismo: La fuerza de los imanes.

• Fricción o rozamiento: Es una fuerza que aparece cuando dos objetos rozan y que intenta frenar el movimiento.

Los seres humanos inventamos máquinas para aplicar las fuerzas de forma más eficaz y con menos esfuerzo:

• La palanca: Una barra rígida que pivota sobre un punto (como un balancín).
• La polea: Una rueda con una cuerda que sirve para subir objetos pesados.
• El plano inclinado: Una rampa que permite subir objetos rodando en lugar de a pulso.

Las máquinas simples ayudan a ahorrar esfuerzo multiplicando nuestra fuerza.