SOLIDOS

Física Conceptual I
Capítulo 12.
Sólidos

Ing. Fernando Hernández
Jueves, 25 de abril, 2013

Micrógrafo de Müller

•

Imagen que demuestra la estructura de la materia sólida. La imagen es
una micrografía obtenida en 1958 por el doctor Eric Müller.

•

Aunque la imagen no es precisamente de los átomos mismos, muestra
sus posiciones y revela la micro-arquitectura de uno de lossólidos que
forman nuestro mundo, el platino.

Ing. Fernando Hernández

2013

Estructura cristalina
Los metales, las sales y la mayoría de los
minerales (los materiales de la Tierra) están
formados por cristales.
En 1912 el físico alemán Max Von Laue descubrió
que un haz de rayos X dirigido hacia un cristal se
difracta (se separa) y forma un patrón
característico. Los patrones dedifracción de
rayos X en las películas fotográficas muestran
que los cristales son mosaicos nítidos de átomos
establecidos en redes regulares, como tableros
tridimensionales de ajedrez.

Con los rayos X se confirmó que cada cristal es
un ordenamiento regular tridimensional, es decir,
una red cristalina dé átomos.
Ing. Fernando Hernández

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Estructura cristalina
La estructuracristalina del diamante se
ilustra con bastones para representar los
enlaces covalentes responsables de su
extrema dureza.

La estructura cúbica cristalina de la sal
común vista a través de un microscopio.
La forma cúbica es una consecuencia
del arreglo de los iones de sodio
(esferas púrpuras) y de cloruro (esferas
verdes).

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Estructura cristalina
Se dice quelos sólidos no cristalinos son amorfos. En el estado amorfo, los
átomos y las moléculas de un sólido están distribuidos al azar.

Caucho

Vidrio

Plástico

Estos tres materiales son de los que carecen de un arreglo ordenado y
repetitivo de sus partículas básicas. En muchos sólidos amorfos, las
partículas tienen cierta libertad de movimiento. Esto se ve en la elasticidad
del caucho yen la tendencia a fluir que tiene el vidrio a ceder cuando se le
somete a esfuerzos durante largo tiempo.
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Estructura cristalina

Ya sea que los átomos estén en estado cristalino o amorfo, cada
átomo o ión vibra respecto a su propia posición.

Los átomos se mantienen unidos debido a fuerzas eléctricas de
enlace.

Existen cuatro clases principales deenlace atómico en los sólidos:
Iónico, covalente, metálico y el de Van der Waals (el más débil)

Algunas propiedades de un sólido están determinadas por los tipos
de enlaces que tienen.

Ing. Fernando Hernández

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Densidad

¿El hierro es más pesado que la madera?

Las masas de los átomos y las distancias entre ellos determinan la
densidad de los materiales. Imaginemos que ladensidad es la
“ligereza” o la “pesadez” de los materiales del mismo tamaño.
Es una medida de la compacidad de la materia, de cuánta masa
ocupa determinado espacio; es la cantidad de masa por unidad de
volumen.

Ing. Fernando Hernández

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Densidad

Densidad
Madera

masa
;
volumen

ρ

m
V

Plomo: 11,300 kg/m3
Madera: 500 kg/m3

2 kg, 4000 cm3
4000 cm3

177 cm3Plomo
Mismo volumen

45.2 kg

Plomo

2 kg

Misma masa
Ing. Fernando Hernández

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Densidad
Ejemplo 1: La densidad del acero es 7800 kg/m3.
¿Cuál es el volumen de un bloque de acero de 4 kg?
m
;
V

m

V

4 kg
7800 kg/m 3

4 kg

V = 5.13 x 10-4 m3
¿Cuál es la masa si el volumen es 0.046 m3?

m

V

3

3

(7800 kg/m )(0.046 m );
m = 359 kg
Ing. FernandoHernández

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Densidad

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Elasticidad

Es la propiedad de cambiar de forma
cuando actúa una fuerza de deformación,
y éste regresa a su forma original cuando
cesa la deformación.

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Elasticidad
Los materiales que no regresan a su forma original, después de
haber sido deformados se llaman inelásticos.

Arcilla...