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Masa y volumen · Medición de masa y volumen

El volumen y la capacidad

Valentina compra un envase de jugo de 1 L en el almacén del barrio y se pregunta: ¿cuánto «lugar» ocupa ese envase y cuánto jugo entra adentro? ¿Es lo mismo? ¿Y cómo medirías el lugar que ocupa una piedra o una llave, que no tienen una forma «linda»? Vamos a responderlo paso a paso.

Qué es el volumen

Todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio. Ese espacio que ocupa es su volumen. Dos cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo: si metés una piedra en un vaso con agua, el agua tiene que «hacerle lugar».

Un $1\ \text{cm}^3$ es el volumen de un cubito de $1\ \text{cm}$ de arista (más o menos, un dado chico). Medir un volumen es contar cuántos cubitos así entran en el cuerpo.

Un cubo de 2 cm de arista formado por 8 cubitos de 1 cm³ arista: 2 cm 2 · 2 · 2 = 8 cubitos V = 8 cm³
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Un cubo de madera tiene $4\ \text{cm}$ de arista. Calculá su volumen y expresá el resultado en $\text{cm}^3$. Escribí la fórmula que usás antes de reemplazar los datos.

Un cubo de madera tiene $4\ \text{cm}$ de arista. Calculá su volumen y expresá el resultado en $\text{cm}^3$. Escribí la fórmula que usás antes de reemplazar los datos.

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Sólidos regulares: fórmulas sencillas

Un sólido es regular si tiene una forma geométrica conocida. Entonces podés medir sus dimensiones con una regla o cinta métrica y usar una fórmula.

Cuerpo Fórmula
Cubo de arista $a$ $V = a \cdot a \cdot a = a^3$
Prisma rectangular (caja) $V = \text{largo} \cdot \text{ancho} \cdot \text{alto}$
Cilindro de radio $r$ y altura $h$ $V = \pi \cdot r^2 \cdot h$
Esfera de radio $r$ $V = \dfrac{4}{3}\,\pi\, r^3$

¿Por qué se multiplica? La base tiene cierta cantidad de cuadraditos, y la altura dice cuántas «capas» iguales se apilan. Por eso en el prisma: (área de la base) · (altura).

Practica★☆☆Sin empezar
Una caja con forma de prisma rectangular mide $10\ \text{cm}$ de largo, $5\ \text{cm}$ de ancho y $2\ \text{cm}$ de alto. Calculá su volumen e indicá la unidad en que lo…

Una caja con forma de prisma rectangular mide $10\ \text{cm}$ de largo, $5\ \text{cm}$ de ancho y $2\ \text{cm}$ de alto. Calculá su volumen e indicá la unidad en que lo expresás. Luego decí si ese valor corresponde al espacio que ocupa la caja o a la cantidad de líquido que puede contener, y por qué.

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Practica★★☆Sin empezar
Una piscina inflable tiene forma de cilindro de $2\ \text{m}$ de diámetro y se llena con agua hasta una altura de $0{,}5\ \text{m}$. Para el cálculo usá…

Una piscina inflable tiene forma de cilindro de $2\ \text{m}$ de diámetro y se llena con agua hasta una altura de $0{,}5\ \text{m}$. Para el cálculo usá $\pi \approx 3{,}14$.

  1. a) Calculá el volumen de agua en $\text{m}^3$.
  2. b) Expresá ese volumen en litros.
  3. c) Si una canilla entrega $20\ \text{L}$ por minuto, ¿cuánto tiempo demora en llenarse?
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Sólidos irregulares: desplazamiento de agua

¿Y una piedra, una llave o una tuerca? No hay fórmula sencilla. Entonces usamos que un cuerpo sumergido desplaza un volumen de líquido igual al suyo.

Procedimiento con una probeta:

  1. Poné agua en la probeta y leé el volumen inicial ($V_i$).

  2. Sumergí el cuerpo completamente, con cuidado de que no salpique.

  3. Leé el volumen final ($V_f$).

  4. El volumen del cuerpo es $V = V_f - V_i$.

Dos probetas: una con agua a 60 mL y otra con una piedra sumergida y el agua a 85 mL Vi = 60 mL Vf = 85 mL nivel nivel

Al leer la probeta, ubicá los ojos a la altura del nivel y leé la parte baja de la curva del agua (el menisco). Fijate también en la resolución de la probeta: si las marcas están cada $1\ \text{mL}$, no podés asegurar décimas.

Practica★★☆Sin empezar
Joaquín tiene una probeta con $60\ \text{mL}$ de agua. Introduce una piedra pequeña que se hunde completamente y el nivel sube hasta $85\ \text{mL}$. a) Calculá el…

Joaquín tiene una probeta con $60\ \text{mL}$ de agua. Introduce una piedra pequeña que se hunde completamente y el nivel sube hasta $85\ \text{mL}$.

  1. a) Calculá el volumen de la piedra y expresalo en $\text{cm}^3$.
  2. b) Explicá por qué este método sirve para sólidos irregulares y no se pueden aplicar fórmulas geométricas.
  3. c) ¿Qué pasaría con la lectura si la piedra flotara en el agua? ¿Hay que tomar alguna precaución?
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Practica★★★Sin empezar
Micaela quiere averiguar el volumen de una llave de metal y de una pelota de ping-pong. En una probeta de $100\ \text{mL}$ con $50\ \text{mL}$ de agua introduce la llave…

Micaela quiere averiguar el volumen de una llave de metal y de una pelota de ping-pong. En una probeta de $100\ \text{mL}$ con $50\ \text{mL}$ de agua introduce la llave y el nivel llega a $56\ \text{mL}$. Luego quiere hacer lo mismo con la pelota, que flota.

  1. a) Calculá el volumen de la llave.
  2. b) Explicá por qué el procedimiento anterior no sirve directamente para la pelota y proponé una forma de medir su volumen por desplazamiento.
  3. c) Si la pelota es una esfera de $4\ \text{cm}$ de diámetro, ¿podrías calcular su volumen con una fórmula? Indicá cuál es y planteá el cálculo con $\pi \approx 3{,}14$, sin necesidad de hacer toda la operación si no querés.
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Volumen y capacidad

Los dos conceptos se parecen pero no son lo mismo:

Una botella de $1{,}5\ \text{L}$ tiene capacidad de $1{,}5\ \text{L}$. Si está llena hasta la mitad, su capacidad sigue siendo la misma, pero el volumen de refresco que contiene es de $0{,}75\ \text{L}$. Además, el vidrio o plástico de la botella también tiene su propio volumen, distinto de lo que cabe adentro.

Por eso, una caja que por fuera mide $10 \times 5 \times 2\ \text{cm}$ ocupa $100\ \text{cm}^3$, pero su capacidad es algo menor porque las paredes tienen espesor. En los ejercicios, salvo que diga otra cosa, suponé paredes muy finas.

El volumen se suele expresar en $\text{cm}^3$ o $\text{m}^3$ y la capacidad en L o mL, pero ambas son medidas de espacio, así que se pueden expresar en cualquiera de las unidades.

Practica★★☆Sin empezar
Agustín dice: «Una botella de $1{,}5\ \text{L}$ de refresco tiene un volumen de $1{,}5\ \text{L}$, pero también podríamos decir que su capacidad es…

Agustín dice: «Una botella de $1{,}5\ \text{L}$ de refresco tiene un volumen de $1{,}5\ \text{L}$, pero también podríamos decir que su capacidad es $1.500\ \text{cm}^3$». Analizá la afirmación.

  1. a) ¿Es correcto usar litros y centímetros cúbicos para esta botella? Justificá.
  2. b) Si la botella está llena hasta la mitad, ¿cambia su capacidad? ¿Y el volumen de refresco que contiene? Explicá.
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Practica★★★Sin empezar
Una heladera tiene en su interior forma de prisma de $50\ \text{cm}$ de ancho, $60\ \text{cm}$ de profundidad y $140\ \text{cm}$ de alto. Facundo dice que «caben unos…

Una heladera tiene en su interior forma de prisma de $50\ \text{cm}$ de ancho, $60\ \text{cm}$ de profundidad y $140\ \text{cm}$ de alto. Facundo dice que «caben unos $420$ litros». Su hermana Martina dice que en realidad la capacidad útil es menor, porque dentro hay estantes, cajones y el motor ocupa lugar.

  1. a) Calculá el volumen del prisma en $\text{cm}^3$ y expresalo en litros.
  2. b) ¿Quién tiene razón? Argumentá diferenciando volumen del recipiente, capacidad y espacio realmente disponible.
  3. c) Si los estantes y cajones ocupan $60\ \text{L}$, calculá la capacidad útil y explicá cómo cambiaría tu respuesta anterior.
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Equivalencias entre unidades

Las equivalencias que tenés que saber:

Equivalencia Se lee
$1\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3$ un mililitro es un centímetro cúbico
$1\ \text{L} = 1000\ \text{mL}$ un litro tiene mil mililitros
$1\ \text{L} = 1\ \text{dm}^3 = 1000\ \text{cm}^3$ un litro es un cubo de 10 cm de arista
$1\ \text{m}^3 = 1000\ \text{L}$ un metro cúbico son mil litros

¿Por qué $1\ \text{L} = 1000\ \text{cm}^3$? Un cubo de $10\ \text{cm}$ de arista tiene $10 \cdot 10 \cdot 10 = 1000\ \text{cm}^3$, y ese cubo es $1\ \text{dm}^3 = 1\ \text{L}$.

Los gases también ocupan volumen, pero cambia con la temperatura y la presión; por eso, al comparar lecturas de gases hay que decir en qué condiciones se midieron. Con líquidos y sólidos, en cambio, el efecto es muy chico en este nivel.

Practica★☆☆Sin empezar
Completá las equivalencias escribiendo el valor que falta: a) $1\ \text{L} = \ldots\ \text{mL}$ b) $1\ \text{mL} = \ldots\ \text{cm}^3$ c)…

Completá las equivalencias escribiendo el valor que falta:

  1. a) $1\ \text{L} = \ldots\ \text{mL}$
  2. b) $1\ \text{mL} = \ldots\ \text{cm}^3$
  3. c) $1\ \text{m}^3 = \ldots\ \text{L}$

Además, explicá en una frase la diferencia entre volumen y capacidad.

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Practica★★☆Sin empezar
Una piscina inflable tiene forma de cilindro de $2\ \text{m}$ de diámetro y se llena con agua hasta una altura de $0{,}5\ \text{m}$. Para el cálculo usá…

Una piscina inflable tiene forma de cilindro de $2\ \text{m}$ de diámetro y se llena con agua hasta una altura de $0{,}5\ \text{m}$. Para el cálculo usá $\pi \approx 3{,}14$.

  1. a) Calculá el volumen de agua en $\text{m}^3$.
  2. b) Expresá ese volumen en litros.
  3. c) Si una canilla entrega $20\ \text{L}$ por minuto, ¿cuánto tiempo demora en llenarse?
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Volvé al principio: el envase de 1 L de jugo tiene una capacidad de $1\ \text{L} = 1000\ \text{cm}^3$; el volumen que ocupa el envase por fuera es algo mayor, porque incluye el cartón. Y para la piedra o la llave, el truco es medir cuánta agua desplazan.

Resumen

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