• Materia y energía


    ¿Qué es materia? ¿Qué es energía? ¿Qué tienen que ver con un sistema?


    Son tres conceptos fundamentales para las ciencias naturales. Las ciencias naturales se han ido construyendo a partir de experimentos realizados por hombres y mujeres a lo largo de muchísimos años, aproximadamente unos 500 años. Y estos tres conceptos han sido de muchísma utilidad para plantear experimentos que permitieron formular leyes que describen el funcionamiento del mundo que nos rodea.


    Tal como venimos reflexionando sobre el concepto de sistema, éste se puede aplicar a muchas cosas que nos interesen estudiar. Podemos aplicarlo a aquellas cosas en las que vemos una organización aparente, por ejemplo, una computadora, un auto, una cafetera. A aquellas que deseemos averiguar cómo funcionan, por ejemplo, el sistema de aulas virtuales de la escuela o una aplicación bajada en el celular. También a aquellas de las que nos informen que son sistemas, por ejemplo, el sistema previsional argentino, el sistema de transporte público de la Ciudad de Buenos Aires.


    Ahora bien, supongamos que nuestro interés es estudiar un animal, digamos la mascota de la casa, en nuestro ejemplo será un gato. ¿Podríamos pensarlo como un sistema? Claro que sí. Ahora bien, si mi mascota es el sistema, ¿que és lo demás? Lo que no es sistema se lo suele indicar como entorno (también se lo menciona como medio ambiente o como medio externo). Y pensados en conjunto el sistema y el medio ambiente forman el universo. Esto lo podemos ejemplificar con una figura:


    Una representación de la realidad:

    El gato, es nuestra mascota, y lo consideraremos nuestro sistema (en verde), todo lo demás es el entorno (en rojo). Y como dijimos todo en conjunto forman el universo.


    En diagramas de conjuntos:



    Lo que delimita el sistema se lo llama frontera. Es a través de ella que nuestro sistema se comunica con el entorno. Por ejemplo, el gato come y hace sus deposiciones (¡con suerte en las piedritas!). Todo esto (lo que entra y lo que sale) lo podrímos pesar, lo vemos porque ocupa un lugar en el espacio, es decir tienen masa. Son sustancias con determinadas características, muy bien esto es así ya que están hechas de materia. El gato también tiene una temperatura corporal, cuando lo acariciamos está calentito. El metabolismo (la asimilación) de los alimentos genera calor, que se disipa al medio ambiente. ¡Y el gato también se mueve! Cuando corre, por ejemplo, o cuando lo corremos nosotros porque queremos que salga de arriba del teclado de la compu. Tanto el calor como el movimiento son formas de energía.


    Es decir, que un sistema de comunica con el entorno a través de una frontera por la que puede intercambiar materia y energía, resumiéndolo en una figura:



    Ahora bien, si eligiéramos otra cosa para pensarla como un sistema, tal vez no intercambie materia, por ejemplo, un termo con agua para el mate, si éste está cerrado, no intercambia materia. Pero energía sí, se va enfriando lentamente, intercambiando calor. Y otro ejemplo, si pensamos como sistema a un banco de cemento de la plaza durante la noche, éste no intercambia ni materia ni energía ya que está a la misma temperatura que el aire que lo rodea.


    Estos ejemplos son bastante sencillos e ilustran la relación que hay entre sistema, materia y energía.


    En función de estos intercambios se los puede clasificar a los sistemas en:


    Abiertos: intercambian materia y energía

    Cerrados: sólo intercambian energía.

    Aislados: no intercambian ni materia ni energía.


    Ahora les proponemos que cada grupo clasifique estos 5 ejemplos de sistemas y justifiquen su elección:


    1) Un planta.

    2) Un auto.

    3) Una pelota de fútbol.

    4) Una torta recién horneada.

    5) Un recipiente de telgopor.


    Para ir profundizando


    Materia:


    A partir de lo que vemos, tocamos, sentimos que tiene peso, que tiene su lugar en el espacio podemos advertir que la materia se puede dividir en partes más pequeñas. Cuando se les rompe un vaso de vidrio acaso no nos dicen que tengamos cuidado porque puede haber astillas muy pequeñas que no podemos ver y que pueden clavarse en nuestra piel. Sin embargo, bajo una lupa podríamos verla y hasta romperla, volver a dividirla, separarla en partes más pequeñas. Si pudiéramos seguir repitiendo el proceso de dividir la porción de materia que teníamos previamente ¿hasta dónde llegaríamos? Bueno, esta pregunta es muy antigua, ya estaba presente en la antigua Grecia (siglo V a.C.), pero recién en los siglos XIX y XX se pudo llegar a formular una teoría que pudiera explicar los datos que se tenían hasta el momento. Esa teoría es la Teoría Atómico-Molecular (a veces también llamada Teoría Corpuscular (*)). Esencialmente esta teoría establece que toda la materia, todas las sustancias, son el resultado de la agregación de moléculas, y éstas están compuestas por átomos. Los átomos son las unidades más pequeñas que componen a las sustancias puras o elementos. A su vez, éstos pueden combinarse entre sí para dar luegar a otras entidades más complejas llamada moléculas. Las moléculas son las unidades más pequeñas que componen las sustancias compuestas.


    (*) Corpúsculo: signfica cuerpo minúsculo, muy pequeño.


    El la figura aparece un ejemplo en que se representan los átomos como Rastis (o Legos), moléculas como combinación de estos ladrillitos y sustancias como unión de estos pequeños conjuntos de ladrillitos.



    Energía:


    La palabra energía solemos usarla coloquialmente para referirnos a movimientos rápidos (un auto de carrera acelerando), a cambios grandes realizados en poco tiempo (como una explosión), a altas temperaturas (la olla con agua hirviendo para hacer ñoquis). Ahora empezaremos a precisar un poco más qué quiere decir energía en el contexto de las ciencias naturales.

    En este contexto energía querrá decir capacidad de producir un cambio (se efectúe este o no).

    En nuestro ejemplo, nuestro gato (que es el sistema) se mueve y es movido, además está calentito. En el primer caso nuestra mascota puede producir un cambio de posición de él mismo o de las cosas que vaya tirando en su camino... o puede ser movido por nosotros (que somos parte del entorno). Si puediéramos ver las moléculas y átomos que componen al sistema (sí, seguimos hablando de nuestra mascota) veríamos que éstas se están moviendo. Esta agitación es lo que se manifiesta a nuestro tacto como calor.

    Para resumir la energía está asociada al intercambio del sistema con el entorno de todo aquello que no es materia.