Propiedades de los cuerpos

Todos los cuerpos o sustancias de la naturaleza se caracterizan por su masa, peso, volumen, densidad y estado de agregación o fase. Por ello, es muy importante no confundir los conceptos de las características anteriores y manejarlos adecuadamente. En este artículo se presenta con detalle cada uno de ellos y se brindan ejemplos.

El gran científico italiano Galileo Galilei (1564-1642), mediante la experimentación con planos inclinados, descubrió que un objeto como una esfera, al descender por una rampa y desplazarse sobre una superficie horizontal, se mantendría en movimiento sin necesidad de que ninguna fuerza lo impulsara. Razonó que si se pudiera eliminar la fricción de la esfera con el aire y con la superficie sobre la que rodaba, se mantendría indefinidamente en un movimiento rectilíneo con rapidez constante, sin ser empujada o jalada. Galileo notó que los objetos en movimiento tienden a conservar el movimiento y que los objetos que están en reposo tienden a permanecer en reposo. A esta propiedad de los cuerpos a mantener su estado de reposo o movimiento se le llama inercia. Nótese que la inercia no es una fuerza, sino una propiedad de los objetos a resistir los cambios en su estado de movimiento.

La cantidad de inercia que posee un cuerpo depende de su cantidad de materia: cuanta más materia tenga, habrá más inercia, y viceversa. A la cantidad de materia se le llama masa. Cuanta mayor masa tenga un cuerpo, más inercia tendrá. Un balón de futbol poseerá menos masa o inercia que un costal de arena. Estando en reposo, es mucho más fácil poner en movimiento el balón que el costal de arena. Por lo tanto, la masa es una medida de la inercia de un cuerpo. ¡Pero cuidado!, no confundamos la masa con el peso de un cuerpo.

El peso es una fuerza que depende de la atracción gravitacional hacia la Tierra y se expresa como p = mg, donde g es una constante que representa la aceleración que sienten todos los cuerpos que se encuentran en la superficie terrestre o cerca de ella. Las fuerzas se miden en newtons, mientras que la masa se mide en kilogramos.

La masa y el peso de un cuerpo son proporcionales a una misma altitud sobre el nivel del mar. Si se duplica la masa de un cuerpo, su peso también lo hará; si la masa se reduce a la mitad, el peso disminuirá en la misma proporción (quizás por esta razón se maneja ordinariamente el peso en kilogramos). No obstante, la masa es una propiedad intrínseca de los cuerpos, que no depende de la gravedad. La masa de tu cuerpo es la misma aquí en la Tierra que en la Luna o en Júpiter, no cambia; no así tu peso. En la Luna, tu peso es mucho menor de lo que es aquí en nuestro planeta, ya que la masa de la Luna es inferior a la de la Tierra, por ello, la constante g es mucho menor de lo que vale en la Tierra. En contraste, tu peso sería más grande en Júpiter, ya que la masa de éste es más grande que la masa de nuestro planeta. Recordarás los videos de los astronautas que estando a cientos de kilómetros de la Tierra, prácticamente flotan casi ingrávidos.

El volumen de un cuerpo es una medida del espacio que ocupa. Vivimos en un espacio de tres dimensiones, por lo tanto, el volumen es una medida tridimensional que generalmente se obtiene al multiplicar tres longitudes: largo, ancho y altura o grosor.
El volumen se mide en unidades de longitud al cubo, tales como centímetros cúbicos, metros cúbicos, o en litros. Un litro es equivalente a un decímetro cúbico (ver figura 1), en otras palabras, un litro equivale al volumen de un cubo de diez centímetros por lado. Los litros son subunidades del metro cúbico. Considerando que cada metro tiene diez decímetros, entonces cada metro cúbico tiene: 10 dm × 10 dm × 10 dm = 1000 litros. Generalmente, el volumen de grandes cantidades de agua, como el de los tinacos de agua que se utilizan en los departamentos o en las casas, o el de las albercas o piscinas, se mide en metros cúbicos. Si la forma del cuerpo no es regular, de tal modo que su volumen no se puede calcular mediante una fórmula, existen métodos indirectos, como sumergir el cuerpo dentro de un recipiente con un líquido como el agua y medir el cambio del volumen del líquido, o medir directamente cuánta agua le cabe en su interior, recordando que cada kilogramo de agua representa un litro.

De acuerdo con lo dicho, es claro que medir cuántos kilogramos de masa tiene un cuerpo y cuál es su volumen son cosas diferentes. Un objeto con una masa grande puede tener o no un gran volumen. Por ejemplo, considérese que se tiene un trozo de madera y otro trozo de metal del mismo volumen, ¿acaso tienen la misma masa? Otro ejemplo interesante es una esponja, que si no está comprimida, ocupa un determinado volumen, pero al comprimirla ocupa un volumen menor; sin embargo, en los dos casos la masa de la esponja no cambia.

Esto nos lleva a hablar de la densidad de un cuerpo, misma que se define como el cociente entre la masa y el volumen, en otras palabras, es la cantidad de materia por unidad de volumen. La densidad es como la ligereza o la pesadez de materiales del mismo tamaño; por ejemplo, compara una pelota de esponja con una pelota de unicel de volúmenes similares.

La densidad se define como:

La siguiente tabla muestra las densidades de algunos materiales en gramos por centímetro cúbico (g/cm³)