2.1: Materia, Masa y Volumen

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Cortesía de L.J. Whitman, J.A. Stroscio, R.A. Dragoset, R.J. Celotta, y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; Fuente: NIST, Laboratorio de Medición Física, Microscopio de Túnel de Escaneo (opens in new window) [www.nist.gov]; Licencia: Pública Dominio)

¿Puedes adivinar lo que muestra esta colorida imagen?

Lo creas o no, en realidad representa átomos individuales de cesio (naranja rojizo) sobre una superficie de moléculas de arseniuro de galio (azul). La imagen fue creada con un microscopio extremadamente potente, llamado microscopio de túnel de barrido. Este es uno de los pocos tipos de microscopio que pueden hacer imágenes de átomos, los bloques básicos de construcción de la materia.

¿Cuál es el problema?

La materia son todas las “cosas” que existen en el universo. Todo lo que puedes ver y tocar está hecho de materia, ¡incluyéndolo a ti! Las únicas cosas que no son materia son las formas de energía, como la luz y el sonido. En la ciencia, la materia se define como cualquier cosa que tenga masa y volumen. La masa y el volumen miden diferentes aspectos de la materia.

Masa

La masa es una medida de la cantidad de materia en una sustancia o un objeto. La unidad básica del SI para la masa es el kilogramo (kg), pero las masas más pequeñas se pueden medir en gramos (g). Para medir la masa, usarías una balanza. En el laboratorio, la masa puede medirse con una balanza de triple haz o una balanza electrónica, pero la balanza anticuada que se muestra a continuación puede darte una mejor idea de qué es la masa. Si ambos lados de esta balanza estuvieran al mismo nivel, significaría que la fruta en la sartén izquierda tiene la misma masa que el objeto de hierro en la sartén derecha. En ese caso, el fruto tendría una masa de 1 kg, lo mismo que el hierro. Como se puede ver, sin embargo, el fruto se encuentra en un nivel superior al hierro. Esto significa que el fruto tiene menos masa que el hierro, es decir, la masa del fruto es inferior a 1 kg.

Figura\(\PageIndex{2}\) (Crédito: Fundación CK-12; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CK-12 Licencia de Materiales Curriculares (opens in new window))

P: Consulte la imagen de arriba. Si el fruto estuviera a un nivel inferior al objeto de hierro, ¿cuál sería la masa del fruto?

R: La masa del fruto sería mayor a 1 kg.

Masa vs. Peso

La masa se confunde comúnmente con el peso. Los dos están estrechamente relacionados, pero miden cosas diferentes. Mientras que la masa mide la cantidad de materia en un objeto, el peso mide la fuerza de gravedad que actúa sobre un objeto. La fuerza de gravedad sobre un objeto depende de su masa pero también de la fuerza de la gravedad. Si la fuerza de la gravedad se mantiene constante (ya que está en toda la Tierra), entonces la masa de un objeto es directamente proporcional al peso de los objetos, por lo que una masa mayor también tiene un mayor peso.

P: Con la gravedad de la Tierra, un objeto con una masa de 1 kg tiene un peso de 2.2 lb. ¿Cuánto pesa un objeto de 10 kg en la Tierra?

A: Un objeto de 10 kg pesa diez veces más que un objeto de 1 kg: 10 × 2.2 lb = 22 lb

Volumen

El volumen es una medida de la cantidad de espacio que ocupa una sustancia u objeto. La unidad básica de SI para volumen es el metro cúbico (m ³), pero los volúmenes más pequeños pueden medirse en cm ³, y los líquidos pueden medirse en litros (L) o mililitros (mL). La forma en que se mide el volumen de materia depende de su estado.

• El volumen de un líquido se mide con un recipiente medidor, como una taza medidora o un cilindro graduado.
• El volumen de un gas depende del volumen de su contenedor: los gases se expanden para llenar cualquier espacio disponible para ellos.
• El volumen de un sólido de forma regular se puede calcular a partir de sus dimensiones. Por ejemplo, el volumen de un sólido rectangular es producto de su longitud, anchura y altura.
• El volumen de un sólido de forma irregular se puede medir mediante el método de desplazamiento. Puedes leer a continuación cómo funciona este método.

Calcular volumen a partir de dimensiones

P: ¿Cómo podría encontrar el volumen de aire en una habitación que de otro modo estaría vacía?

R: Si la habitación tiene una forma regular, se podría calcular su volumen a partir de sus dimensiones. Por ejemplo, el volumen de una habitación rectangular se puede calcular con la fórmula:

Volumen = largo × ancho × alto

Si la longitud de la habitación es de 5.0 metros, el ancho es de 3.0 metros, y la altura es de 2.5 metros, entonces el volumen de la habitación es:

Volumen = 5.0 m × 3.0 m × 2.5 m = 37.5 m3

Medición del volumen mediante el método de desplazamiento

El siguiente video muestra cómo el volumen de un objeto de forma irregular, como tu profesor de ciencias, se puede medir mediante el método de desplazamiento.

P: ¿Cuál es el volumen del dinosaurio en el siguiente diagrama?

Figura\(\PageIndex{3}\) (Crédito: Christopher AuYeung; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CK-12 Licencia de Materiales Curriculares (opens in new window))

A: El volumen del agua sola es de 4.8 mL. El volumen del agua y el dinosaurio juntos es de 5.6 mL. Por lo tanto, el volumen del dinosaurio solo es de 5.6 mL — 4.8 mL = 0.8 mL.

Resumen

• La materia son todas las “cosas” que existen en el universo. Tiene tanto masa como volumen.
• Masa mide la cantidad de materia en una sustancia o un objeto. La unidad básica del SI para la masa es el kilogramo (kg).
• El volumen mide la cantidad de espacio que ocupa una sustancia o un objeto. La unidad SI básica para volumen es el metro cúbico (m ³).

Revisar

1. ¿Cómo definen los científicos la materia?
2. ¿Qué es la masa? ¿Cuál es la unidad básica de masa SI?
3. ¿Qué mide el volumen? Nombra dos unidades diferentes que podrían usarse para medir el volumen.
4. Explicar cómo utilizar el método de desplazamiento para encontrar el volumen de un objeto de forma irregular.