2. Características de los sólidos


Corresponde a la sesión de GA 4.2 ¡QUÉ DURO...!

Una sustancia sólida tiene forma y volumen propios, mientras no se le someta a potentes acciones mecánicas.

Según la teoría atómica moderna, los átomos de una sustancia sólida se encuentran muy cerca unos de otros, vibrando en su lugar sin moverse de un lado a otro, y unidos por fuerzas eléctricas relativamente intensas. De esta manera se explica el por qué un sólido conserva su forma y ofrece cierta resistencia a las deformaciones.

Un cristal es cualquier cuerpo sólido que, en su estado natural, presenta una forma poliédrica más o menos regular; si una estructura se repite ordenadamente en todo el sólido forma una red cristalina, por ejemplo: la sal y los metales sólidos.

Algunos sólidos que no son cristalinos se denominan sólidos amorfos (sin forma), en este tipo de sustancias los átomos no se encuentran ordenados y por tanto el sólido no posee una forma geométrica definida.

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Los átomos poseen masa y partículas con carga eléctrica; entre esas partículas existen fuerzas eléctricas de atracción y de repulsión. De aquí se deduce que las moléculas se constituyen por el efecto de las fuerzas gravitacionales, las de atracción y de repulsión.

Pero, ¿por qué no todos los sólidos se unen unos con otros? Porque la fuerza de atracción depende de la distancia: cuando las moléculas están muy juntas la fuerza de atracción es suficiente para mantenerlas unidas y formar un sólido.

Un sólido no es fácil de comprimir debido a que las moléculas se repelen si se encuentran demasiado cerca, por ejemplo: cuando se comprime un sólido y éste se deforma, al suprimir la fuerza exterior, las fuerzas de repulsión entre las móleculas las separan de nuevo. La magnitud de la deformación sufrida por el sólido depende de la magnitud de la fuerza aplicada, a mayor magnitud, mayor es la deformación sufrida.

Los sólidos presentan las siguientes propiedades:

. Elasticidad: es la tendencia de un cuerpo a recuperar su forma original, cuando se retira la fuerza externa deformante. No todas las sustancias son elásticas, eso se debe a que las fuerzas entre las moléculas a veces no son lo suficientemente grandes para restaurar la forma original del sólido; incluso los cuerpos elásticos no recuperan totalmente su forma original si la fuerza que se les aplicó fue de una magnitud tal que los deformó demasiado.

La deformación real de un cuerpo es el cambio de forma producido por una fuerza aplicada y puede medirse de manera cuantitativa. Matemáticamente se expresa como:

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donde F es la fuerza aplicada a un cuerpo sobre toda su área, S es la superficie ocupada y P es la presión (ya que toda fuerza ejerce una presión)

Por la relación matemática que mantienen, se observa que el valor de la presión P puede aumentar si aumenta la magnitud F de la fuerza, o si disminuye la superficie S de aplicación.

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La unidad de presión es el pascal, que equivale a N/m².

Ejemplo:

Calcular las diferentes presiones que soporta el piso, cuando una persona de peso igual a 56.5 N está de pie apoyándose sobre el tacón de uno solo de sus zapatos; si es un tacón de zapato de mujer su área será de S=0.0001 m², si es de un tacón de zapato de hombre, su área será de S=0.0036 m².

a) Para el tacón de 0.0001 m²:

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a) Para el tacón de 0.003 6 m²

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* Dureza: es la oposición a ser rayado; si las fuerzas entre los átomos o moléculas de un sólido son muy grandes, la dureza aumenta.

* Tenacidad: es la capacidad para resistir a la ruptura o perforación por una fuerza externa. Esta propiedad también se determina por la naturaleza de las fuerzas entre átomos y moléculas.

En materiales como los metales estas propiedades pueden verse modificadas si el metal se calienta, o si se somete a tratamientos mecánicos especiales, o si contiene impurezas.

Existen 2 clases de fuerzas intermoleculares:

- La fuerza de cohesión: es la fuerza de atracción entre moléculas o átomos de la misma clase; por ejemplo: las gotas de aceite que se unen.
- La fuerza de adhesión: es la fuerza de atracción entre átomos o moléculas diferentes; por ejemplo: la adhesión entre el papel y el pegamento.

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