¿Qué es la masa?

1. Introducción

La masa es una magnitud física de uso cotidiano. Cuando compras alimentos: carne, fiambre o frutas, por ejemplo, pides la cantidad que deseas en gramos o kilogramos, en el caso de otros alimentos su masa viene escrita en el paquete como el arroz o los fideos.

Cuando vas al control médico, siempre te toman las medidas de masa y de talla, con esos valores te calculan el IMC (índice de masa corporal).

El instrumento que permite medir de forma directa la masa de un cuerpo es la balanza, generalmente utiliza la unidad kilogramo. La talla que es tu altura, se mide con el metro.

La palabra masa viene del latín massa.

La masa es una medida de la cantidad de materia de un objeto.

La unidad de medida en el Sistema Internacional de unidades (S.I.) para la magnitud masa es el kg (kilogramo).

El coordinador mundial de la metrología es la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Está ubicada en Sévres, suburbio de París. Allí se encuentra el que hasta hace muy poco tiempo era el kilogramo patrón internacional, la unidad de masa del Sistema Internacional de Unidades (S.I.).

El kilogramo patrón se volvió a definir en 1889 y es la masa de un cilindro circular recto formado por una aleación de platino e iridio (90% y 10% respectivamente), su altura es igual a su diámetro de 39 milímetros. Se han realizado varias copias oficiales del kilogramo original.

La foto de abajo muestra el lugar donde se guarda para evitar su deterioro:

La siguiente foto es del cilindro de platino-iridio que se encuentra dentro de las campanas de la foto anterior:

A pesar de las condiciones controladas en la que se guarda este patrón, se observó que su masa estaba variando debido a reacciones químicas de la aleación con el aire. Por esta razón en 2019 se decide volver a definir el patrón kilogramo a partir de propiedades físicas que no varían con el tiempo.

En 2019 se vuelve a redefinir el kilogramo patrón que pasa a estar ligado con la constante de Planck, se utliza la letra ${\displaystyle E=h\nu }$ para su notación. La constante de Planck es una constante física que tiene un papel central en la mecánica cuántica, se define como el cuanto elemental de acción y relaciona la energía y la frecuencia de una onda electromagnética con la siguiente expresión: E = h . ν. Se pude describir como la unidad de energía emitida en interacciones electromagnéticas.

2. Pasos a seguir para usar correctamente una balanza

En el laboratorio de tú Liceo es muy probable que cuenten con los siguientes tipos de balanzas:

1. Balanza de cruz

• La balanza debe estar apoyada en una superficie bien nivelada.
• Los platillos deben estar limpios.
• Colocar el objeto a medir la masa en el platillo izquierdo.
• En el platillo derecho colocar una pesa en su centro, tomándola con la pinza.
• Accionar lentamente el disparador (bajándolo).
• En el caso de que la balanza se incline hacia el lado de la pesa, volver a la posición inicial subiendo el disparador. Quitar la pesa y sustituirla por otra de menor masa. La colocación y retirada de la pesa debe hacerse con la balanza sin disparar.
• Repetir hasta conseguir que la pesa colocada en el platillo sea de menor masa que el objeto.
• Continuar con las pesas siguientes de menor valor hasta que al accionar el disparador los platillos no se inclinen y el fiel marque el cero.
• Para registrar la masa del objeto sumar todas las pesas que se encuentran en el platillo derecho cuando el fiel marca el cero.

2. Balanza granataria de un platillo con plato suspendido o de triple brazo

3. Peso y Masa

El peso es la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los objetos cercanos, (esta fuerza de atracción se produce también si cambiamos de planeta). El peso que actúa sobre un cuerpo depende de la masa del mismo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton (N).

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Es una propiedad característica del mismo, está relacionada con el número y el tipo de partículas que lo forman. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg).

Debemos distinguir entre peso y masa pues son magnitudes diferentes. Por ejemplo, si una persona tiene una masa de 50 kg, sobre ella se estará aplicando una fuerza Peso de 490 N, si dicha persona viaja a la Luna su masa se mantendrá sin cambios, 50 kg, sin embargo se ejercerá sobre ella una fuerza peso de 82 N. La fuerza de atracción de la Luna sobre los objetos cercanos es aproximadamente seis veces menor que la fuerza ejercida por la Tierra.

En el lenguaje cotidiano utilizamos las expresiones:

- "peso corporal" : 35 kg,

- ¿cuánto pesas?: 65 kg.

Estas expresiones no son correctas desde el punto de vista científico, pues el peso no se mide en kg. Estas expresiones deberían decir:

- "masa corporal": 35 kg,

- ¿cuál es tu masa?: 65 kg.

 Mira el siguiente video:

4. Ley de Conservación de la Masa

En 1745, Mijaíl Lomonosov enunció la Ley de Conservación de la masa: "En una reacción química la masa permanece invariable, es decir, la masa de los reactivos y de los productos es igual". 

Por otro lado, Antoine Lavoisier ese mismo año y sin saber lo dicho por Lomonosov propone que "la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma". 

La ley de conservación de la masa se conoce como la Ley de Lavoisier-Lomonosov.

Antoine Lavoisier es considerado el Padre de la Química Moderna, por esto y por muchos otros aportes realizados a la Química. 

Un sistema material es una porción del universo que separamos para estudiar y el ambiente o entorno es todo lo que rodea al sistema y puede interactuar con él. Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados. 

• Un sistema abierto intercambia materia y energía con el ambiente, por ejemplo una taza con té a alta temperatura.
• Un sistema cerrado puede intercambiar energía pero no materia, por ejemplo una lata de arvejas sin abrir. 
• Por último un sistema aislado no puede intercambiar ni energía ni materia con el ambiente, por ejemplo un termo con agua a alta temperatura, aunque luego de mucho tiempo el agua baja su temperatura, es decir intercambia energía con el ambiente, durante un cierto tiempo el agua permanece a alta temperatura.
  

Los sistemas materiales pueden experimentar procesos físicos o químicos.

• Los procesos físicos son los que se producen sin que cambie la composición de la materia, por ejemplo al fundirse un trozo de hielo, el agua sólida pasa a agua líquida, de este modo el agua sigue siendo agua aunque haya un cambio de estado de agregación. Otro cambio físico es cambiar la forma de una hoja de papel al hacer una bola, el papel sigue teniendo la misma composición aunque su forma haya cambiado.
  
• Los procesos químicos modifican la composición de la materia, por ejemplo, al quemar un fósforo, la madera que lo forma cambia a un trozo de carbón y se libera energía por calor y luz. Otro ejemplo es el cambio químico que experimenta un trozo de pan al ser masticado, en el proceso de la digestión del pan éste se impregna de saliva y sigue por el aparato digestivo transformándose.
  

La Ley de conservación de la masa  enunciada por Lavoisier y Lomonosov resultó ser el comienzo del estudio cuantitativo de la química (nos referimos aquí a poder medir las masas de la materia), usando la balanza como instrumento de medida.

5. Créditos

Bibliografía consultada/Sitios:

• Hewitt, P. (2007). Física conceptual. México: Pearson-Addison Weasley.
  
• Alvarenga, B. y Máximo, A. (1997). Física general. México: Oxford University.
  
• Saravia, G; Segurola, B. y Szwarcfiter, M. (1998). Ciencias Físicas I. Uruguay: Ed. Textos del Sur.
  
• Arrazu, F; Franco, R. y Serafini, G. (2008). Física y Química. Intercambios de energía. Estructura y transformaciones de la materia. Argentina: Ed. Santillana
  
• Tipos de balanzas. Guía práctica.com. http://www.guiaspracticas.com/balanzas-y-basculas/tipos-de-balanzas
• Introducción: Arquímedes y la corona de Hierón. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/indice.htm
• Kilogramo. En Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramo
• Constante de Planck. En Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck
  

Imágenes:

• Introducción: http://www.profesorenlinea.cl/imagenfisica/masapeso002.png 
• Introducción: https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:CGKilogram.jpg
• Introducción: Balanza de Kibble. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NIST-4_Kibble_balance.jpg
  
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: https://www.pce-instruments.com/espanol/slot/4/artimg/large/cobos-precisi_n-s.l-balanza-mec_nica-cobos-mb-311-313270_584898.jpg 
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/27054-5066675.jpg 
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: http://www.guiaspracticas.com/wp-content/uploads/image/balanzas-de-laboratorio.jpg 
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: http://www.aleaequipamientos.es/WebRoot/StoreES2/Shops/ec7095/54EE/E138/7207/3592/C8E8/AC10/1416/8706/001._BALANZA_LABORATORIO_5041.jpg 
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: https://www.servovendi.com/media/catalog/product/b/a/balanza-digital---b_scula-de-precisi_n-cuentapiezas-gram-1_2kg-0_02g-_ah-1200__1.png 
• Pasos a seguir para usar correctamente una balanza: http://www.partesdel.com/wp-content/uploads/partes-de-la-balanza-granataria.jpg
• Ley de conservación de la masa: https://www.dkfindout.com/us/science/famous-scientists/antoine-lavoisier/ http://rusopedia.rt.com/images/publications/66/slide_issue_226.jpg

Videos:

• Modo de uso de una balanza mecánica de tres brazos. https://www.youtube.com/watch?v=iWPbKP2-dmY
• ¿Cómo utilizar correctamente una balanza. https://www.youtube.com/watch?v=R2ZMwfWhb0U
• Diferencia entre peso y masa. https://www.youtube.com/watch?v=Vc4wOxp_EQU

Autoría del Módulo: Profesores Anarella Gatto, Sebastián Mendieta y Silvia Pedreira.

agatto@uruguayeduca.edu.uy

spedreira@uruguayeduca.edu.uy

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.

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Junio de 2017.