Propiedades de la materia

En el temario de Ingeniería y Ciencias Físico Matemáticas del IPN, el estudio de la materia es cuantitativo: cuánto se deforma un sólido al aplicarle una fuerza y cómo responden los fluidos a la presión.

Qué debes dominar

• Estados de la materia y densidad: ρ = m / V.
• Elasticidad y ley de Hooke: F = k · x para un resorte, con k en N/m.
• Esfuerzo y deformación: esfuerzo = F / A y módulo de Young como razón entre esfuerzo y deformación unitaria.
• Presión en fluidos: P = ρ · g · h y principio de Pascal.
• Empuje: principio de Arquímedes y condiciones de flotación.
• Hidrodinámica: ecuación de continuidad y Bernoulli.
• Tensión superficial y capilaridad: fenómenos ligados a las fuerzas de cohesión y adhesión.

Ejemplos. Un resorte con k = 200 N/m estirado 0.05 m ejerce una fuerza de 10 N. Una varilla sometida a 1000 N en una sección de 1 cm² (10⁻⁴ m²) soporta un esfuerzo de 10⁷ Pa. En un tubo cuyo diámetro se reduce a la mitad, el área baja a un cuarto y, por continuidad, la velocidad del agua se cuadruplica.

Cómo practicarlo

Con un resorte o un alambre del que se pide fuerza o alargamiento, con comparaciones del tipo ¿qué le pasa a la velocidad o a la presión al estrechar un tubo? y con problemas de flotación que involucran densidades.

Errores comunes

• Aplicar la ley de Hooke más allá del límite elástico.
• Usar el diámetro en vez del área en la continuidad.
• Olvidar que, según Bernoulli, donde el fluido va más rápido la presión es menor.
• Dejar áreas en cm² al calcular esfuerzos en pascales.