Más allá de los átomos

A finales del siglo XIX con el descubrimiento del electrón, y comienzos del siglo XX, con el descubrimiento del núcleo atómico y el nacimiento de la física de partículas, la materia se entendió como formada porelectrones, protones y neutrones, interactuando entre ellos para formar los átomos. Hoy en día, conocemos que incluso los protones y neutrones no son indivisibles, pudiendo ser divididos en quarks, mientras que los electrones son parte de una familia de partículas llamadas leptones. Tanto los quarks como los leptones son partículas elementales y actualmente son tomados como los componentes fundamentales de la materia. 

Estos quarks y leptones interactúan mediante cuatro interacciones fundamentales: gravedad, electromagnetismo, interacciones débiles, e interacciones fuertes. El Modelo estándar es actualmente la mejor explicación de toda la física, pero a pesar de las décadas de esfuerzos, la gravedad aún no puede ser considerada en el nivel cuántico; sólo es descrito por la física clásica (véase gravedad cuántica y gravitón). Las interacciones entre quarks y leptones son el resultado de un intercambio de partículas que transportan fuerza (como fotones) entre los quarks y los leptones.  Las partículas que transportan fuerza no son componentes básicos de la materia. En consecuencia, masa y energía no siempre pueden relacionarse a materia. Por ejemplo, los portadores de la fuerza eléctrica (fotones) poseen la energía (según la constante de Planck) y los portadores de la fuerza débil (los bosones W y Z) son masivos, pero ninguno es considerado tampoco como materia.  Sin embargo, aunque estas partículas no son consideradas como materia, contribuyen realmente a la masa total de los átomos o de las partículas subatómicas. 

La materia se dice comúnmente que existe en cuatro estados (o fases): sólido, líquido, gas y plasma. Sin embargo, los avances en la técnica experimental han comprendido otras fases, antes sólo teóricas, como elcondensado de Bose-Einstein y los condensados fermiónicos. Un punto de vista de partícula elemental acerca de la materia también conduce a nuevas fases de la materia, como el plasma de quarks-gluones .¹⁵ Enfísica y en química, la materia exhibe tanto propiedades ondulatorias como corpusculares, es la llamada dualidad onda-partícula ^16 17 .¹⁸[editar]

A finales del siglo XIX con el descubrimiento del electrón, y comienzos del siglo XX, con el descubrimiento del núcleo atómico y el nacimiento de la física de partículas, la materia se entendió como formada porelectrones, protones y neutrones, interactuando entre ellos para formar los átomos. Hoy en día, conocemos que incluso los protones y neutrones no son indivisibles, pudiendo ser divididos en quarks, mientras que los electrones son parte de una familia de partículas llamadas leptones. Tanto los quarks como los leptones son partículas elementales y actualmente son tomados como los componentes fundamentales de la materia. 

Estos quarks y leptones interactúan mediante cuatro interacciones fundamentales: gravedad, electromagnetismo, interacciones débiles, e interacciones fuertes. El Modelo estándar es actualmente la mejor explicación de toda la física, pero a pesar de las décadas de esfuerzos, la gravedad aún no puede ser considerada en el nivel cuántico; sólo es descrito por la física clásica (véase gravedad cuántica y gravitón). Las interacciones entre quarks y leptones son el resultado de un intercambio de partículas que transportan fuerza (como fotones) entre los quarks y los leptones.  Las partículas que transportan fuerza no son componentes básicos de la materia. En consecuencia, masa y energía no siempre pueden relacionarse a materia. Por ejemplo, los portadores de la fuerza eléctrica (fotones) poseen la energía (según la constante de Planck) y los portadores de la fuerza débil (los bosones W y Z) son masivos, pero ninguno es considerado tampoco como materia.  Sin embargo, aunque estas partículas no son consideradas como materia, contribuyen realmente a la masa total de los átomos o de las partículas subatómicas. 

La materia se dice comúnmente que existe en cuatro estados (o fases): sólido, líquido, gas y plasma. Sin embargo, los avances en la técnica experimental han comprendido otras fases, antes sólo teóricas, como elcondensado de Bose-Einstein y los condensados fermiónicos. Un punto de vista de partícula elemental acerca de la materia también conduce a nuevas fases de la materia, como el plasma de quarks-gluones . Enfísica y en química, la materia exhibe tanto propiedades ondulatorias como corpusculares, es la llamada dualidad onda-partícula 

Noción clásica de sustancia

Una forma común de identificar esta “sustancia” es mediante sus propiedades físicas; así una definición común de materia es “todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen”. Sin embargo, esta definición tiene que ser revisada a la luz de la mecánica cuántica, donde el concepto "tener masa ", y “ocupar espacio" no está tan bien definido como en la vida diaria. Un punto de vista más amplio es que los cuerpos están formados de varias sustancias, y las propiedades de la materia (entre ellas, la masa y el volumen) están determinadas no sólo por las sustancias mismas, sino por como interactúan entre ellos. En otras palabras, la materia está formada por la interacción de unos "componentes básicos", es la llamada teoría atómica de la materia.

El concepto de materia ha sido refinado muchas veces a lo largo de la historia, en base a la mejora del conocimiento acerca de cuáles son los componentes básicos de la materia, y como interactúan entre ellos. Por ejemplo, a principios del siglo XVIII, Isaac Newton consideraba la materia como " sólida, con masa, dura, impenetrable, y con partículas móviles ", que eran "incluso tan duras que nunca podrían romperse en pedazos".

Las propiedades "primarias" de la materia estaban de acuerdo con la descripción matemática, a diferencia de las cualidades "secundarias" como el color o el gusto. En el siglo XIX, tras el desarrollo de la tabla periódica, y la teoría atómica, los átomos fueron vistos como uno de los componentes fundamentales de la materia; a su vez, los átomos forman moléculas y compuestos.

La materia está constituida por átomos

La escuela de los atomistas de la antigua Grecia (Demócrata y Leucipo, entre otros) pensaba que la materia no podría ser dividida infinitamente. Si tomamos un cuerpo y lo partimos y seguimos partiéndolo, llega un momento en que no se pueden realizar más divisiones. Encontramos unas partículas que componen toda la materia. Estas partículas son los átomos. “Átomo” significa indivisible en griego. Hoy sin embargo, sabemos que los átomos existen, pero sí pueden dividirse. Un átomo es la parte mínima que define un elemento. Los átomos están constituidos de un núcleo muy pequeño con protones (partículas de carga positiva) y neutrones (partículas sin carga neta); alrededor se encuentra la denominada nube electrónica, en la que están los electrones, (partículas de carga negativa). El número de protones de un átomo es lo que caracteriza un elemento, es decir, átomos de un mismo elemento tienen igual número de protones, sin importar el número de neutrones y electrones.

Desde Demócrito hasta nuestros días la historia del conocimiento del átomo ha constituido un ejemplo de saber trabajar en ciencias. Entre los nombres que han aportado gran conocimiento en este plano están: Demócrito, Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Somerfeld, Shrödinger, etc.).

características de una onda

Todas las ondas de la naturaleza disponen de una serie de características o parámetros propios, el conocimiento de dichos parámetros nos permitirá conocer y predecir el comportamiento de la onda:

• Amplitud (A) - Representa la distancia existente entre el punto más alto conocido como cresta y el eje horizontal de la onda, la amplitud está directamente ligado con la intensidad, de tal forma que a mayor amplitud de una onda sonora mayor será la intensidad o los decibelios, a mayor amplitud de una onda sísmica mayor será la energía transportada.
• Longitud de onda (λ) - Representa la distancia entre 2 crestas o valles de una onda, dicho parámetro está inversamente ligado con la energía que transporta la onda, a menor longitud mayor energía y a mayor longitud menor es la energía asociada.
• Frecuencia (F) - Representa el número de oscilaciones que ha realizado la onda en un periodo establecido de tiempo.
• Periodo (T) - Representa al tiempo necesario para que una onda complete una oscilación.
• Velocidad de propagación - Es la distancia que recorre la onda por unidad de tiempo y su valor depende de las propiedades del medio a que atraviesa como densidad, temperatura, presión...

Por último la función de onda es la representación matemática por medio de la cual podemos calcular y conocer todas las propiedades y características de las ondas así como las posiciones y movimientos de cada una de las partículas del medio en instantes específicos durante la propagación.

El estudio de todos estos parámetros nos ha permitido conocer y profundizar sobre este fenómeno físico permitiendo el desarrollo de las telecomunicaciones inalámbricas como la telefonía móvil, la radio, la televisión o el GPS, por otro lado utilizamos las ondas como la base fundamental para la creación de diversos instrumentos como el sónar que ayudan a los barcos a navegar sin peligro, máquinas de ultrasonidos utilizados para la realización de ecografías en el área médica o en detectores de velocidad utilizados en los radares.

Que es una onda

Una onda se define como el fenómeno ondulatorio y físico por medio del cual se propaga energía sin materia de un punto a otro del espacio a través de algún medio sólido, líquido, gaseoso o a través del vació. Terremotos, el sonido de una guitarra, la luz que nos llega del sol o las olas del mar son fenómenos naturales en donde las ondas desempeñan un papel fundamental.

Para que se produzca una onda es imprescindible y necesario que ocurra una perturbación al sistema, es decir es necesario que se produzca una variación de alguna propiedad física del sistema como la presión, la temperatura, la densidad... la cual produce la vibración inicial que se transmite a lo largo de una región del espacio en forma de energía.

Imaginemos que tenemos una cuerda anclada a un punto, si desde el otro extremo tiramos con firmeza de la cuerda estamos produciendo una perturbación o impulso que hace vibrar el extremo de la cuerda inicial, propagándose dicha vibración hasta el otro extremo anclado, en este ejemplo podemos apreciar como la perturbación ha creado la vibración que se ha transmitido por la cuerda en forma de energía.

Cuando lanzamos una piedra a un estanque observamos como el impacto inicial produce una serie de ondas alrededor, en este ejemplo la perturbación inicial ha sido el impacto de la piedra el cual se ha propagado a través del agua de una región a otra del estanque.

Materia orgánica e inorgánica y la importancia del reciclaje

La materia orgánica representa las moléculas que fabricamos los seres vivos, las cuales se basan en carbono y suelen ser voluminosas, presentar una gran complejidad y diversidad; algunos ejemplos son los hidratos de carbono o glúcidos, los ácidos nucleicos, las proteínas y las grasas.
Por otro lado, tenemos la materia de tipo inorgánica, la cual se crea a través de reacciones químicas que tienen lugar en la naturaleza. Sus moléculas son simples y de un tamaño discreto, y las encontramos en minerales, sales y cloruros, por ejemplo.
Cabe mencionar que todos los seres vivos, en nuestra constitución, presentamos tanto materia de tipo orgánica como inorgánica, ya que no podemos prescindir de ninguna de ellas. Las plantas, por ejemplo, producen materia orgánica partiendo de la inorgánica, a través de la conocida fotosíntesis

Estados físicos de la materia

En condiciones no extremas de temperatura, la materia puede presentarse en tres estados físicos diferentes: estado sólido, estado líquido y estado gaseoso.

Los sólidos poseen forma propia como consecuencia de su rigidez y su resistencia a cualquier deformación.  La densidad de los sólidos es en general muy poco superior a la de los líquidos, de manera que no puede pensarse que esa rigidez característica de los sólidos sea debida a una mayor proximidad de sus moléculas; además, incluso existen sólidos como el hielo que son menos densos que el líquido del cual provienen. Además ocupan un determinado volumen y se dilatan al aumentar la temperatura.

Esa rigidez se debe a que las unidades estructurales de los sólidos, los átomos, moléculas y iones, no pueden moverse libremente en forma caótica como las moléculas de los gases o, en menor grado, de los líquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y sólo pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran distribuidas, de acuerdo con un esquema de ordenación, en las tres direcciones del espacio.

La estructura periódica a que da lugar la distribución espacial de los elementos constitutivos del cuerpo se denomina estructura cristalina, y el sólido resultante, limitado por caras planas paralelas, se denomina cristal.  Así, pues, cuando hablamos de estado sólido, estamos hablando realmente de estado cristalino.

Los líquidos se caracterizan por tener un volumen propio, adaptarse a la forma de la vasija en que están contenidos, poder fluir, ser muy poco compresibles y poder pasar al estado de vapor a cualquier temperatura. Son muy poco compresibles bajo presión, debido a que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los líquidos la distancia media entre las moléculas es muy pequeña y, así, si se reduce aún más, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las moléculas del líquido.

El hecho de que los líquidos ocupen volúmenes propios demuestra que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son elevadas, mucho mayores que en el caso de los gases, pero también mucho menores que en el caso de los sólidos. Las moléculas de los líquidos no pueden difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen mayor energía cinética pueden vencer las fuerzas de cohesión y escapar de la superficie del líquido (evaporación).

Los gases se caracterizan porque llenan completamente el espacio en el que están encerrados.  Si el recipiente aumenta de volumen el gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y esto es posible sólo porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas hacia las paredes del recipiente que lo contiene.  Esa fuerza por unidad de superficie es la presión.

Los gases son fácilmente compresibles y capaces de expansionarse indefinidamente.

Los cuerpos pueden  cambiar de estado al variar la presión y la temperatura. El agua en la naturaleza cambia de estado al modificarse la temperatura; se presenta en estado sólido, como nieve o hielo, como líquido y en estado gaseoso como vapor de agua (nubes).

Materia viva e inerte

La Tierra alberga a muchos seres vivos, como son las plantas y animales.  Una mariposa parece algo muy distinto de una piedra; sin embargo, ambas están compuestas de átomos, aunque éstos se combinan de manera diferente en uno y otro caso. Lamayor parte de la materia es inanimada; es decir, no crece, ni se reproduce, ni se mueve por sí misma.  Un buen ejemplo de materia inanimada lo constituyen las rocas que componen la Tierra.