Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
14Sólidos, líquidos y gases
Una piedra, un vaso de leche, el aire de un globo: tres clases de sustancia que se comportan de tres maneras completamente distintas. El año pasado el agua nos enseñó sus tres estados; este año descubrimos que todo está en uno de esos tres estados — y que cada estado tiene reglas estrictas.
14.1 Tres familias de sustancias
Todas las sustancias del mundo se pueden repartir en tres familias, llamadas los tres estados: sólido como la piedra, líquido como la leche, gas como el aire. El hielo, el agua y el vapor fueron nuestro primer ejemplo: una sustancia que visita las tres familias. Vamos ahora a aprender las reglas de cada una.
14.2 Los sólidos conservan su forma
Definición 14.1 (Sólido)
Un sólido es una sustancia que conserva su propia forma. Una llave conserva su zigzag en el bolsillo, en un cajón o debajo del agua. Un sólido se puede coger entre dos dedos, y moverlo no cambia su aspecto. Hay sólidos duros (la piedra), blandos (el pan) y flexibles (una goma elástica) — pero, si se los deja en paz, cada uno conserva su forma.
Ejemplo 14.2 (Un sólido hecho de granos)
La arena parece saltarse la regla: al verterla de un cubo toma la forma de su montón, casi como un líquido. Pero mírala de cerca: la arena es una multitud de granos sólidos diminutos, y cada grano conserva su forma a la perfección. La harina, el azúcar y el arroz hacen el mismo truco — multitudes de pequeños sólidos que corren juntos mientras cada miembro sigue siendo sólido.
14.3 Los líquidos corren, pero conservan su cantidad
Definición 14.3 (Líquido)
Un líquido es una sustancia que corre: no tiene forma propia y toma la forma del recipiente que lo contiene. Pero un líquido conserva su cantidad: vierte un vaso lleno de leche en un cuenco y seguirá siendo la misma cantidad de leche — ni una gota más ni una menos, solo una forma nueva.
Proposición 14.4 (Un líquido en reposo se queda horizontal)
La superficie de un líquido en reposo es siempre plana y horizontal — paralela al suelo. Inclina la botella: el agua de dentro no se inclina con ella; su superficie sigue horizontal mientras la botella se ladea.
Ejemplo 14.5 (La ley en acción)
Los albañiles usan esta ley a diario: su nivel de burbuja es una ventanita de líquido con una sola burbuja; cuando la burbuja queda entre sus marcas, la estantería está tan horizontal como el líquido de dentro. Y en el desayuno, fíjate en el zumo de un cartón inclinado: lo inclines como lo inclines, la superficie de dentro sigue plana y horizontal — hasta que encuentra la boquilla.
14.4 Los gases lo llenan todo
Definición 14.6 (Gas)
Un gas es una sustancia que se extiende hasta llenar todo el sitio que se le da. El aire es un gas: mételo en una botella y llena la botella hasta el último rincón; abre la botella en una habitación más grande y se extiende también por ella. Un gas no tiene ni forma propia ni sitio propio en el que quedarse — ofrécele más sitio y se lo queda todo.
Ejemplo 14.7 (El perfume viajero)
Alguien abre un frasco de perfume en una punta de la habitación. Un momento después, las narices de la otra punta se enteran. El gas del perfume no se quedó educadamente junto a su frasco: en cuanto quedó libre, se extendió por todo el aire de la habitación, de rincón a rincón — justo lo que hace siempre la familia de los gases.
Observación 14.8 (Clasificar los casos difíciles)
Algunas sustancias piden un ojo atento. La miel corre — despacio, pero corre, toma la forma de su recipiente y conserva su cantidad: es un líquido, solo que perezoso. La pasta de dientes y el kétchup corren cuando se los aprieta: líquidos espesos. Una esponja es un sólido lleno de agujeros con aire dentro. ¿Y el humo? Motitas sólidas diminutas montadas en un gas caliente. En caso de duda, hazle las preguntas de la familia: ¿conserva su forma? ¿corre? ¿llena todo el sitio que se le da?
14.5 Ejercicios
Ejercicio 14.1 ★
Reparte en las tres familias: una moneda; zumo de naranja; el aire de un neumático; una cuenta de madera; aceite; el vapor-gas que hay en el hueco transparente sobre una olla hirviendo.
Ejercicio 14.2 ★
¿Qué conserva un sólido que un líquido no conserva? ¿Qué conserva un líquido al pasarlo del vaso al cuenco?
Ejercicio 14.3 ★
Se vierte una botella llena de limonada en una ensaladera ancha. ¿Ahora hay más limonada, menos o la misma cantidad? ¿Qué ha cambiado?
Solución
Solución de Ejercicio 14.3.
La misma cantidad — lo único que ha cambiado es la forma, de forma de botella a forma de ensaladera ancha.
Ejercicio 14.4 ★
Dibuja un acuario medio lleno de agua: primero apoyado plano y después inclinado sobre un borde. Dibuja la superficie del agua en los dos casos — ¿cómo se queda?
Solución
Solución de Ejercicio 14.4.
En los dos dibujos la superficie del agua está plana y horizontal, paralela al suelo — en el acuario inclinado la superficie no se inclina con el vidrio; el agua se junta en el lado bajo.
Ejercicio 14.5 ★
¿Cómo dice un nivel de burbuja de albañil que una estantería está horizontal? ¿Qué ley de este capítulo está usando?
Ejercicio 14.6 ★
¿Por qué llega el olor de las tortitas hasta tu habitación de arriba? ¿Qué familia está trabajando y cuál es su regla?
Ejercicio 14.7 ★
La arena se vierte como un líquido y, aun así, la llamamos sólida. Explícalo usando el Ejemplo 14.2.
Ejercicio 14.8 ★
La miel tarda un minuto entero en caer de la cuchara. ¿Sólida o líquida? Hazle las preguntas de la familia de la Observación 14.8 y responde.
Solución
Solución de Ejercicio 14.8.
Corre (despacio), toma la forma de su recipiente y conserva su cantidad: la miel responde a las preguntas como un líquido — uno perezoso.
Ejercicio 14.9 ★
¿Qué familia conserva su propia forma? ¿Cuál toma la forma de su recipiente pero conserva su cantidad? ¿Cuál se queda con todo el sitio que puede? Da un miembro de cada familia que haya en tu cocina.
Ejercicio 14.10 ★★
Un cubito de hielo (sólido) se derrite y se convierte en agua (líquido), que el sol del verano seca y convierte en agua invisible que vuela (gas). ¿Qué regla de la familia se rompe en cada paso: qué deja de conservar la sustancia cuando el hielo se derrite? ¿Y cuando el agua se evapora?
Solución
Solución de Ejercicio 14.10.
Cuando el hielo se derrite, la sustancia deja de conservar su propia forma (pero sigue conservando su cantidad). Cuando el agua se evapora, deja de conservar incluso su sitio: hecha gas se extiende por todo el sitio que hay.
Ejercicio 14.11 ★★
Se hincha un globo y se le hace un nudo. Mira dice que el aire de dentro tiene “forma de globo, así que un gas sí tiene forma”. Explica qué es lo que le está dando de verdad la forma y qué haría el aire en el instante en que el globo explotara.
Solución
Solución de Ejercicio 14.11.
La forma se la da la piel de goma: es una jaula sólida estirada, y el aire apretado llena todos los rincones de la forma que tome esa jaula. Si el globo explota, el aire se extiende al instante por toda la habitación — lo que demuestra que nunca tuvo forma propia.