(IX Setmana de la Ciència) - Sant Feliu de...

Setmana de la Ciència i la Tècnica 2011

1

ALUMNE _______________________________ GRUP ___________________


2


3

PRÀCTICA 1. BIOMETRIA Objectiu Realitzar un estudi acurat de les dimensions del nostre cos i conèixer els principals índexs emprats en biometria antropològica. Material

� Cinta mètrica � Bàscula de bany � Cinta mètrica � Antropòmetre cassolà � Tinta de tampó i full en blanc � Ordinador amb full de càlcul i internet � Programa Biometrics

Introducció teórica La antropometria és una part de la biometria que consisteix en la realització i anàlisi d'una sèrie de medicions tècniques sistematitzades que expressen quantitativament, les dimensions del cos humà. Aquestes dades es combinen per donar lloc a índexs, els quals ens informen de les dimensions relatives de les parts del nostre cos. Aquesta pràctica dona una visió senzilla de l'antropometria com a métode; descriure una sèrie de dimensions i divereses proporcions o quocients que tenen relevància en diversos aspectes de l'antropologia o otres disciplines com: la medicina, les ciències esportives, la ergonomia, l’estudi de poblacions, la seguretat, etc ... Aquesta pràctica és merament descriptiva i no pretèn treure cap conclusió dels resultats obtinguts i tot que sembla que es prenguin moltes medicions és un breu resum dels estudis antropomètrics que efectuen els especialistes.

Col·legi Mare de Déu

de la Mercè Departament de Ciències

LABORATORI

D’INFORMÀTICA


4

Metodologia

Ens separarem en grups i començarem a realitzar les medicions de cadascun dels integrantgs. Anoteu les dades en el dossier i després caldrà passar-les al full de càlcul.

1. Presa de dades

Sexe: Alçada total: cm Pes: kg Color cabell: Longitud del cap (1) : cm Amplada del cap (1) : cm Color ulls: Lòbul de la orella (2):

Alçada del cos assegut (3): cm Amplada malucs (4): cm Extremitat superior (5): cm Extremitat inferior (6): cm

Marqueu-vos amb tinta els dits de la mà esquerra i transcriviu les vostres empremtes sobre cadascun dels noms corresponents:

Menovell Anular Mig Índex Polze

(1) Mesurada amb l’antropòmetre


5

(2) Fusionat o lliure

(3) Alçada del cos assegut (4) Amplada de malucs

Nom de les empremtes dactilars

Arc Composta Espiral Llaç

Aneu a la web de l’escola (http://www.lamercesantfeliu.com) a l’apartat d’escola 2.0-Programes. Descarregueu-vos el programa Biometrics 2.0 i deseu-lo a qualsevol lloc de l’ordinador. Només un per grup. Obriu el programa i feu clic a Dades del grup. S’obrirà un full de càlcul.

2. Realització del full de càlcul

Amb les dades que heu pres ompliu el full de càlcul. Cada full correspon a un company. Les cel·les corresponents al color d’ulls i de cabell les heu d’omplir amb el color corresponent. Els índexs els heu de realitzar amb la fòrmula


6

adequada per a que es calculi automàticament. A la pestanya inferior poseu el nom de cadascun de vosaltres.

Quan acabeu, deseu el fitxer: Fitxer- desa. Aneu a Biometrics i poseu el nom que el professor indiqui (secret) i feu clic al botó de la carpeta. Si el programa indica que s’ha desat correctament podeu seguir fent clic a Dades del pacient.

3. Treballar amb el programa Biometrics

El professor us dirà quin full de càlcul heu d’obrir. Per grups obriu-lo i decidiu a quin company triareu per fer el seu estudi biomètric.

Comenceu a introduir les dades que el company ha escrit al full de càlcul. De tant en tan deseu la informació. Comproveu que els índexs calculats són correctes.

Si heu introduït totes les dades correctament tindreu un personatge amb un aspecte similar al del company triat.

Aneu a l’apartat de retrat robot i intenteu reproduir la seva cara.

Finalment el professor us demanarà que mostreu els resultats i veurem si amb la biometria podrem reconèixer el company.


7

Col·legi Mare de Déu de la Mercè

Departament de Ciències

LABORATORI DE

QUÍMICA

Objectiu Estudiarem el procés de les reaccions d’oxidació-reducció, o d’una manera més simplificada les REACCIONS REDOX. Aquestes produeixen una transferència d’electrons d’una espècie química a una altra de manera directa. Si la transferència d’electrons té lloc de manera indirecta, a través d’un conductors, l’energia proporcionada en una reacció química espontània es pot transformar en energia elèctrica. Així dons en les reaccions químiques, el concepte d’oxidació-reducció és el següent.

OXIDACIÓ: és un procés en el què una espècie química (àtoms o molècula) perd electrons. REDUCCIÓ: és el procés en el què una espècie química (àtom o molècula) guanya electrons

Els dos processos es donen simultàniament. En la reacció global el nombre d’electrons perduts pel reductor és el mateix que els guanyats per l’oxidant PRÀCTICA 2. PILES DE LABORATORI QUE ENCENEN UNA BOMBETA Objectiu L’objectiu de la pràctica és entendre com funcionen les piles que utilitzem avui dia a partir d’una reconstrucció de les reaccions que tenen lloc en aquestes d’una manera aïllada Material

� Vas de precipitats de 250 cm3 � Proveta de 250 cm3 � Tub de coure (Cu) � Pinces de cocodril i cables de connexió � Voltímetre � Bombeta de 3,5 V i el seu portalàmpades � Brunzidor � Àcid sulfúric � Cinta de magnesi ( en aquest cas com es de preu força elevat

utilitzarem un maquineta de fer punta al llapis, marques “MOR”, “KUN” o


8

“STAEDLER”) a la que prèviament hem tret la fulla d’acer. Per evitar que hi hagi interferències en els resultats.

Introducció teòrica La pila està formada per dos semiequacions: 2 H3O

+ + 2 e- H2 + H2O Mg Mg 2+ + 2e-

A MÉS DEL HIDROGEN ES POT NOTAR EL DESPRENDIMENT D’UN GAS IRRITANT, PROBABLEMENT SO2 . Metodología

1. Posar dissolució d’àcid sulfúric en un vas de precipitats. 2. Neteja bé amb paper de vidre els trossos de fil de coure i de cinta de

magnesi. 3. Connectar els extrems dels dos fils metàl·lics mitjançant cables i pinces

a una bombeta de 3,5 V 4. Submergir amb suavitat els extrems cargolats dels metalls en la

dissolució: la bombeta s’encén tot seguit Resultats Quin és el voltatge que marca el voltímetre? Prova ara si encén una bombeta o bé fa sonar el brunzidor PRÀCTICA 3. PILA DANIELL Material

� Voltímetre � Pont salí (en aquest cas una patata) � Elèctrodes de Zn, Cu i Fe � Solució de nitrat de plom � Solució de sulfat de zinc � Solució de sulfat de coure � Brunzidor


9

Metodología

1. Tallar la patata amb dos superfícies planes, aquesta serveix com a pont salí

2. Fer-li tres solcs a la patata de manera que en cada un d’ells es pugui abocar unes gotes de cada solució

3. Per a cada solució introduir el seu elèctrode corresponent. 4. mesurar amb el voltímetre els potencials obtinguts

Resultats PRÀCTICA 4. PILA AMB MAQUINETA DE FER PUNTA AL LLAPIS I UN LLAPIS Material

� Maquineta de fer punta � Dissolució de sal en aigua ( la que hem fet servir abans) � Llapis � Cables amb pinça de cocodril � Un brunzidor ( o un voltímetre amb escala de 2 V)

Metodologia

1. Treure punta al llapis per els dos extrems 2. Connectar les pinces de cocodril a la maquineta i al llapis 3. Introduir la maquineta i el llapis al voltímetre o al brunzidor

Resultats Quin és el voltatge que mesura el voltímetre ?


10

Pots encendre una bombeta o fer sonar el brunzidor amb aquesta reacció? PRÀCTICA 5. ES POT FER ELECTRICITAT AMB UNA PATATA ? Material

� Hortalisses , fruites (cada membre del grup una de cada tipus que vulgui � Voltímetre � LED � Pinces de cocodril � Regla � Claus � Cargols � Paper d’alumini � Tisores

Metodologia Quins elèctrodes generen més electricitat

1. Per fer aquesta pràctica clava en una taronja diferents parells d’elèctrodes, sempre a la mateixa distància ( 1cm.) i a la mateixa profunditat (1 cm.)

2. Anota quins elèctrodes has utilitzat i quin voltatge has obtingut Quina fruita dona més electricitat

1. Experimenta amb les diferents fruites i verdures utilitzant elèctrodes de coure i zinc, mantenint constants la distància i la profunditat (1 cm)

2. Anota quina fruita has utilitzat com a pila i quin voltatge has obtingut Resultats Quins elèctrodes generen més electricitat

ELECTRODE 1

ELECTRODE 2

VOLTS

Quina fruita dona més electricitat

FRUITA VOLTS


11

Hem d’intentar fer electricitat suficient per a poder fer sonar el brunzidor . Com hauríem de connectar les fruites per què augmenti el seu potencial? Mesura quin és el potencial total que fan les fruites PRÀCTICA 6. REACCIÓ VIRULENTA Introducció Amb la dissolució que estem treballant i al afegir una corrent elèctrica s’origina un despreniment d’hidrogen que el recollirem en forma de bombes de sabó o bé en l’interior d’un tub d’assaig. El que pretén la pràctica es posar de manifest el poder energètic que té l’hidrogen. En aquest cas estem fent una electròlisi, ja que les reaccions que es volen donar aquí no són espontànies com ocorrien fins ara sinó que han de ser ajudades per una font externa d’energia , com en aquest cas per l’elèctrica. La conductivitat elèctrica és acompanyada sempre de reaccions químiques en els elèctrodes. Al pol negatiu té lloc una reacció d’oxidació i al positiu de reducció. Material

� Clorat de potassi. � Sucre. � Àcid sulfúric concentrat. � Cápsula de porcellana.


12

Metodologia

1. Barrejar el clorat de potassi amb la meitat d’un sobre de sucre a part iguals. Extreure els gromolls que es puguin formar amb l’ajut d’un paper i no pas amb les mans.

2. Tirar l’àcid sulfuric amb l’ajuda del comptagotes 3. Per aturar la reacció s’ha de tirar aigua destil·lada

Resultats Què has observat en la reacció que has fet?

PRÀCTICA 7 . DE LA QUÍMICA A LA LLUM Introducció teórica Quimioluminiscència: Emissió de llum que acompanyen algunes reaccions químiques en que s’originen molècules inestables. Aquestes molècules poden transferir l’energia a les altres i excitar alguns electrons. En desexcitar-se es produirà la llum. El color dependrà del tipus de molécula. Les barretes de llum (lightsitcks), tenen dos reactius en un preparat, en el tub de plàstic hi ha un líquid que conté un colorant flourescent i TCPO, dintre de l’ampolla de vidre hi ha peròxid d’hidrogen ( aigua oxigenada), és una reacció lenta per aixó dura bastantes hores. Material

� Barres de llum química � Tub d’assig � Comptagotes. � Tap tub d’assaig.

Tots els àcids que s’utilitzen són corrosius. No els toqueu directament amb la mà, i evitar que els vapor us toquin la pell ni ulls Cap dels voltatges amb els que treballem són perillosos. Tots els residus líquids es poden abocar en la pica.


13

Metodología Haurem de seguir aquests pasos:

1. Tallar el tub de plàstic i abocar el contingut en un tub d’assaig, vigilant que el recipient interior de vidre no es trenqui.

2. Extreure el recipient de vidre i treancar-lo per posar el contingut en un altre recipient.

3. En un tub d’assaig cada alumne es posarà una quantitat de TCPO ( 5 gotes).

4. Introduir en el tub 2 gotes del peròxid d’hidrogen 5. Apagar el llum . 6. Introdueix el recipient en el congelador 7. Treu el recipient del congelador i escalfa’l amb les mans.

Qüestions

1. Que passa després de que es refredi el contingut que havies refredat?

2. Que veus quan tornem a escalfar el líquid? PRÀCTICA 8. FRED I CALOR Introducció teórica

Les reaccions químiques van acompanyades d’unes variacions d’energia que es poden veure reflexades en forma de calor.

El contingut energètic dels productes de la reacció química, en general, diferent del corresponent als reactius. Aquest excés o defecte d’energia química o energia interna característica depén dels enllaços dels seus àtoms. Si la reacció disminuexi la seva energia interna, es despren energia. Si pel contrari, augmenta l’energia interna, s’absorveix energia. Si una reacció química ens proporciona calor direm que aquesta reacció és EXOTÉRMICA. Si la reacció química absorveix energia direm que la reacció química és ENDOTÉRMICA.


14

Material

� Àcid sulfúric � Aigua destil·lada � Boses ASEPEYO pels traumatismes. � Càpsules de petri � Espàtules � Tub d’assaib � Termòmetre. � Comptagotes

Metodología

1. Introdueix aigua destil·lada en un tub d’assaig i anota la temperatura inicial del reaciu.

2. Introdueix amb l’ajuda del comptagotes unes gotes d’àcid sulfúric concentrat i anota la temperatura que ha arribat la reacció.

3. En un segon tub d’assaig introdueix el líquid que hem extret de la bossa ASEPEYO, i amb l’espàtula introdueix el sòlid que contenia. Com abans anota la temperatura inicial i la temperatura final de la reacció

Resultats

1. Quina és la diferència de temperatures en cada reacció?

2. Classifica cadascuna de les reaccions que has fet.

3. Quina de les dues reaccions penses que es fa a una velocitat més ràpida?

PRÀCTICA 9. ERUPCIONS VOLCÀNIQUES Material � Llauna de refresc buida i molt seca. � Nitrat amònic � Zinc metall en pols. � Estructura de cartolina.


15

Metodología Damunt un paper fes una barreja d’uns 5 grams de nitrat amònic i 10 grams de zinc en pols, una vegada ben barrejat, dipositarem els 15 grams de barreja dins d’una llauna molt seca. La llauna ha d’estar col·locada sobre un totxo o fusta, per no fer malbé la taula del laboratori. Afegirem unes gotes d’aigua damunt la barreja. Apareixerà una reacció molt exotèrmica amb producció de gran quantitat de vapor d’aigua i nitrogen, vapors els quals són inofensius. PRÀCTICA 10. ES HORA DE MARXAR A RENTAR-SE LES MANS Material � Proveta � Aigua oxigenada al 30% � Iodur de potassi (KI) � Sabó Introducció teòrica En aquesta pràctica al posar en contacte el KI i l’aigua oxigenada (H2O2) fa que es desprengui O2 atrapat. de manera que al entrar en contacte amb el sabó i el H2O2 fa l’espuma que pots utilitzar per rentar-te les mans, aquest a sobre conté iode que és un fort desinfectant Metodología Per treballar amb la bicicleta haurem de seguir aquests passos:

1. Omple amb 30 ml de H2o2 una proveta 2. Afegeix una nou de sabó 3. tira una punta d’espàtula de KI


16



LABORATORI DE FÍSICA I QUÍMICA

PRÀCTICA 11 . REACCIONS REDOX (reaccions d’oxidació -reducció) Objectiu L’objectiu d’aquesta pràctica és convertir cèntims d’euro en monedes de plata i d’or. Material

� Vas de precipitats de 100 cm3 � Font de calor, trespeus i reixeta � Pinces per agafar les monedes � Espàtula � Dissolució de sodi de concentració 6 mol.dm-3 ( 24g de NaOH dissolts en

aigua destil.lada fins un volum de 100 cm3) � Zinc en pols � Acetona

Introducció teórica Aquesta pràtica és possible degut a que el zinc reacciona amb l’hidròxid de sodi, formant el ió tetrahidroxozincat (II), compost de coordinació:

Zn (s) + 2 NaOH (aq) + 2 H2O → Na2Zn(OH)4 (aq) + H2 (g)

El “platejat” és una reacció d’oxidació-reducció:

Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2 e-

Zn(OH)42- (aq) + 2 e- → Zn (s) + 4 OH- (aq)

Metodología Haurem de seguir aquests pasos:


17

1. Agafem monedes de 1, 2 o 5 cèntims, i les netegem fregant-les amb acetona.

2. Tenim un vas de precipitats on hi posem uns 50 cm3 de dissolució d’hidròxid de sodi. S’afegeixen 5 g de zinc en pols i es porta a ebullició (molta precaució amb la dissolució bullent) .

3. Es manté l’ebullició uns minuts, temps per que es formi una dissolució de Zn(OH)4

2- . Apaguem el foc. S’observa un despreniment de bombolles i que queda zinc sense reaccionar, que s’ha posat en excès.

4. Amb la dissolució calenta, es llancen algunes monedes dins el vas, procurant que quedin en contacte amb el zinc no reaccionat.

5. Un parell de minuts més tard, amb ajut de les pinces, es treuen les monedes de la dissolució i es renten amb força aigua de l’aixeta.

6. Les monedes han quedat recobertes d’una brillant capa de zinc. Aparentment s’han convertit en plata.

7. Agafem una de les monedes de “plata” amb les pinces i s’escalfa fort a la flama un temps breu però suficient per que es recobreixi d’una brillant capa daurada. Aparentment s’ha converit en una moneda d’or. El “daurat” és degut a la formació d’un aliatge entre el zinc dipositat i el coure que porta la moneda.

Seguretat

� Dissolució d’hidròxid de sodi: càustic . � Acetona: líquid inflamable .

Qüestions 1. Realment hem convertit les monedes en monedes de plata i or? Explica-ho. 2. En la dissolució de sodi i zinc, queda una part de zinc sense dissoldre’s,

quin és el motiu? 3. Per realitzar la dissolució de sodi de concentració 6 mol.dm-3, previament

trirurem el NaOH, per què?


18

PRÀCTICA 12. JOCS FÍSICS Objectiu L’objectiu d’aquesta pràctica és relacionar el funcionament de diverses joguines amb una explicació física o química del fenòmen. Material

� Astrojax � Molla � Calidoscopi � Globus � Moto � Imant � Cotxe i globus � Cotxe � Joguina d’aigua

Introducció teórica LLEI D’ACCIÓ I REACCIÓ

La tercera llei de Newton indica que les forces sempre van en parelles. Quan un cos exerceix uns força sobre un altre, aquest respon amb una força que té el mateix mòdul i la mateixa direcció, però el sentit contrari.

La força que exerceix un dels cossos s’anomena acció, i la resposta, reacció. Per aquest motiu, la tercera llei de Newton també es coneix amb el nom de llei d’acció i reacció.

Si anomenen ABF la força que un cos A exerceix sobre un cos B i BAF la força que B exerceix sobre A, obtenim el següent:

BAAB FF −=

El signe menys indica que les forces tenen sentits oposats. Les forces, tot i tenir, el mateix mòdul, la mateixa direcció i sentits

oposats no s’anul.len perquè s’apliquen sobre cossos diferents. Una aplicació d’aquesta llei seria en el cas dels avions de reacció. En

aquest cas, els motors cremen combustible i expulsen aire calent cap enrere, fet que els impulsa cap endavant. Passa el mateix en la propulsió de naus espacials per mitjà de coets. Per exemple, perquè una nau d’aquest tipus pugui ftrenar en l’espai buit, ha d’expulsar gasos cap endavant. Això fa que


19

experimenti una força cap enrere i que, consegüentment, disminueixi de velocitat. PRINCIPI D’ARQUÍMIDES

Si pesem un objecte sumergit en aigua s’obté un resultat inferior al que obtenim si pesem l’objecte en l’aire. L’aigua fa una força cap amunt que és equilibrada parcialment per la força de la gravetat. Aquesta força és encara més evident si posem un tros de suro a l’aigua. Aquests flota parcialment a la superfície. El suro experimenta una força cap a dalt per part de l’aigua que és superior a la força gravitatoria.

La força exercida per un fluid sobre un cos sumergit en ell, s’anomena força ascensorial; depend de la densitat del fluid i del volum del cos, però no de la seva composició i forma. És igual en magnitud al pes del fluid desplaçat pel cos. Aquest fenòmen es coneix com Principi d’Arquímedes, i aquest principi ens diu que tot cos parcial o totalment sumergit en un fluid experimenta una força ascensorial igual al pes del fluid desplaçat. El Principi d’Arquímedes és una conseqüència directa de les lleis de Newton aplicades a un fluid.

CAMP MAGNÈTIC I LÍNIES DE FORÇA

Des de l’antiguitat, l’ésser humà coneix l’existència d’un mineral de ferro, anomenat magnetita, que té la propietat d’atraure el ferro i altres metalls, com ara el níquel i el cobalt. Aquesta propietat s’anomena magnetisme, i els cossos que la tenen reben el nom d’imants.

L’acció d’un imant es posa de manifest en una determinada zona de l’espai, que s’anomena camp magnètic. El camp magnètic és més intens com més gran és l’imant i com més a prop hi estigui. Els camps magnètics es representen per mitjà de línies de força, que són línies imàginaries, tancades i que no es tallen entre si.

La forma d’un imant fa que la direcció i la forma de les línies de força siguin diferents. Per exemple, no és el mateix un imant en forma de barra que un imant en forma de ferradura. En un imant en forma de ferradura, les línies de força són paral.leles i el camp magnètic creat és uniforme. En canvi, en un imant en forma de barra hi ha zones en què hi ha més quantitat de línies de força, i això significa que el camp magnètic és més intens en aquest cas.

Per conveni, es considera que les línies de força surten de l’imant pel pol N i hi entren pel pol S, i que per dins de l’imant van de pol S al pol N. EFECTE DOPPLER

Si una font o focus d’ones i un receptor es mouen un respecte l’altre, la freqüència observada pel receptor no és la mateixa que la de la font. Quan s’està movent un cap a l’altre, la freqüència observada és més gran que la


20

freqüència de la font i quan s’està allunyant la freqüència observada és menor que la de la font. Aquest fenòmen es denomina efecte Doppler. La variació del tó d’un xiulet d’un tren o de la bocina d’un cotxe quan el tren o el cotxe s’apropa o s’allunya de nosaltres, és un exemple familiar d’aquest fenòmen. ENERGIA, ENERGIA CINÈTICA I TRANSFORMACIONS D’ENERGIA

L’energia és una propietat dels cossos que, emmagatzemada dins d’aquests de diferents maneres, es posa de manifest quan es produeixen determinades transformacions. Energia cinètica

La forma d’energia que un cos té pel fet d’estar en moviment s’anomena energia cinètica.

L’energia cinètica d’un cos depèn de la velocitat i de la massa que té. Com més grans són la massa i la velocitat d’un cos, més gran és la seva energia cinètica. Transformacions d’energia L’energia és la causa dels canvis que experimenten els cossos. Així, l’energia pot fer que un objecte es posi en moviment, canviï de forma, elevi la seva temperatura, emeti llum, etc. Aquests canvis tenen lloc quan l’energia es transforma d’una forma a un altra o es transfereix d’un cos a un altre. LA LLEI DE COULOMB

Entre les cossos que tenen càrrega elèctrica es produeixen forces d’atracció i de repulsió. Si dos cossos tenen càrregues del mateix tipus, es repel.leixen. En canvi, si les càrregues són de tipus diferents, s’atrauen.

� La força (F) és proporcional a la quantitat de càrrega (Q). Dues

càrregues del mateix tipus de 2 C es repel.leixen amb més intensitat que dues càrregues del mateix tipus d’1 C.

� La força és inversament proporcional al quadrat de la distància. Si la

distància (r) entre dues càrregues elèctiques es duplica, la força es fa quatre vegades més petita.

Aquestes característiques es resumeixen en una llei que rep el nom de llei

de Coulomb:

221

r

qqKF

⋅⋅=


21

En aquesta fórmula, K és una constant anomenada constant de Coulomb, i en el buit té el valor següent:

2

29109

C

mNK

⋅⋅=

Les forces d’atracció i repulsió entre càrregues elèctriques no depenen tan

sols dels valors de les càrregues i la distància que les separa, sinó també del medi on es troben les càrregues. Aquesta influència la trobem en la llei de Coulomb per mitjà del valor de la constant K, que varia segons el medi en què es troben les càrregues. Quan aquest medi no és l’aire o el buit, la força d’interacció entre les càrregues elèctriques és més feble. MOVIMENT CIRCULAR I UNIFORME

Exemples de moviment circular ssón el moviment de les busques del rellotge, el d’alguns satèl.lits artificials,etc. Es tracta d’un moviment que es repeteix cada vegada que el mòbil fa la volta completa. Aquests moviments s’anomenen periòdics i el temps que transcorre fins que es repeteix el moviment és el període (que se sol representar amb el símbol T i expressar-se amb segons). En un moviment circular uniforme no hi ha accelaració tangencial perquè la rapidesa és constant, però sí que hi ha accelaració normal perquè el vector velocitat (que sempre és tangent a la trajectoria) està canviant contínuament i regularment de direcció (encara que no canviï el mòdul). Així doncs, el vector acceleració, en aquest moviement, només té un únic component intrínsec i és un vector perpendicular a la trajectòria.

Com a hipòtesi, podem pensar que el valor de l’acceleració normal serà tan més gran sigui la rapidesa amb què es desplaça el mòbil per la circumferència descrita, i com més petit sigui el radi d’aquesta. Efectivament, per a una trajectòtria circular d’un radi determinat, sembla clar que com més gran sigui la rapidesa amb què es desplaça el mòbil, més gran serà també la rapidesa amb què varia la direcció del vector velocitat. Hauria de passar inversament amb el radi ja que, per una mateixa rapidesa lineas, la direcció del vector velocitat, canviarà més lentament com més gran sigui el valor del radi. L’expressió més senzilla que recolliria les idees anteriors seria rvan /= , però, si ens hi fixem, aquesta expressió no és dimensionalment homogènia, i per això no pot ser correcta.

Es pot demostrar que el valor del component normal del vector acceleració d’un mòbil en un instant determinat és donat per l’expressió:

r

van

2

=

On v és la rapidesa i r el radi de curvatura, tots dos en l’instant considerat. Tal com veiem, en l’expressió es contemplen les hipòtesis pel que fa a la influència de la rapidesa i del radi, però, com que la rapidesa està elevada al quadrat, la seva influència, és més gran que el radi, de manera quie amb doble rapidesa (per a un radi determinat), l’acceleració normal no duplica, sinó que es fa quatre vegades més gran. A més a més, l’expressió és dimensionalment homogènia.


22

Si volem expressar l’accelaeració normal en funció de la rapidesa angular, n´hi ha prou de substituir rwv ⋅= , amb la qual cosa obtenim fàcilment que:

rwan ⋅= 2

MIRALLS I LENTS Miralls

Els miralls són superfícies preparades per oferir una reflexió especular (quan la llum incideix sobre una superfície perfectament plana i tots els rajos que incideixen paral.lels sobre la superfície surten reflectits de manera parl.lela). Es fabriquen recobrint una làmina de vidre amb una fina capa metàl.lica. La superfície que en resulta produeix una reflexió especular, reflectint una gran proporció de la llum que hi incideix. La utilitat dels miralls és que proporcionen imatges dels objectes que tenen davant. Lents

Les lupes, els vidre de les ulleres, els objectes de les càmeres fotogràfiques, etc. Són exemples de lents.

Les lents són cossos transparents, limitats per dues superfícies, una de les quals, com a mínim, és corba. Igual que en el cas dels miralls, la utilitat de les lents és que proporcionen imatges dels objectes, però aquesta vegada quan els miren a través seu.

Dos tipus de lents molt utilitzades són les lents convexes o convergents i les lents còncaves o divergents.

Les lents convexes o convergents formen imatges diferents segons que l’objecte estigui situat a prop o lluny de la lent.

• Quan mirem un objecte llunyà, la imatge que es forma està

invertida, és més petita que l’objecte i es pot recollir sobre una pantalla situada entre la lent i nosaltres.

• Quan l’objecte es troba molt a prop de la lent, la imatge sembla que estigui situada darrere de l’objecte, està del dret i és més gran, i no es pot recollir sobre una pantalla. Una lent convergent usada d’aquesta manera constitueix una lupa.

Les lents còncaves o divergents sempre formen imatges dretes i més petites que l’objecte que es col.loca davant seu. ONES

La matèria que ens envolta està formada per partícules molt petites. Sabem que en els sòlids les partícules estan més atapeïdes que no pas en els líquids o en les gasos, però en tots els casos el moviment d’una partícula es pot transmetre a les partícules veïnes. És a dir, si una partícula comença a vibrar,


23

pot transmetre aquesta vibració a la partícula que té al costat i fer que aquesta també comenci a vibrar..

Per exemple, quan el so es propaga per l’aire, les molècules dels gasos que formen l’aire vibren i transmeten aquesta vibració a les molècules contigües, de manera que la vibració es propaga per l’aire des de la font sonora fins que ens arriba a les orelles. Aquesta propagació de la pertorbació és el que hem anomenat ona. Després, a l’orella, les ones sonores fan que el timpà vibri, i la vibració d’aquest s’envia al cervell, el qual interpreta els senyals que li arriben com a sons.

Quan es propaga una ona, les partícules vibren al voltant de les seves posicions d’equilibri, però no es mouen amb l’ona.

Classificació de les ones segons el tipus de propag ació

• Ones longitudinals: En aquestes ones la vibració de les partícules (o oscil.lació d’alguna magnitud física) es produeix en la mateixa direcció de propagació de l’ona. És el cas de les ones sonores: les partícules que formen l’aire vibren en la mateixa direcció en què es propaga l’ona.

• Ones transversals: en aquestes ones la vibració de les partícules es produeix en la direcció perpendicular a la de propagació de l’ona. Les ones produïdes en una corda o a l’aigua són exemples d’ones transversals. Les partícules oscil.len en una direcció perpendicular a la propagació de l’ona.

Metodología Haureu d’omplir per cada joguina la següent fitxa:

Nom joguina

Què observes?

Fenòmen o llei física amb què el relaciones

Nom joguina

Què observes?



24

Nom joguina

Què observes?


Nom joguina

Què observes?


Nom joguina

Què observes?


Nom joguina

Què observes?



25

Nom joguina

Què observes?


Nom joguina

Què observes?


Nom joguina

Què observes?



26



LABORATORI DE TECNOLOGIA I FÍSICA

PRÀCTICA 13.TALLER D’AEROSTÀTICA Objectiu L’objectiu d’aquesta pràctica és observar i comprovar que la densitat de l’aire calent és més baixa que la densitat de’aire fred, i per aquest raonament, s’enlairen els globus aerostàtics. Material � cúter � tisores � regla graduada o metro � paper de seda de 17 gr/m2 � cola blanca � filferro de 1 mm de diàmetre � estany � un escalfador o assecador de mà Introducció teòrica

Els globus actuals d'aire calent es componen de tres elements essencials, la vela, la barquilla i el cremador. La vela és la borsa multicolor que contindrà l'aire calent; està confeccionada en teixit sintètic impermeable. En la part inferior de la boca té una zona de teixit ignífug per a protegir-la de la proximitat de la flama del cremador, i una peça triangular, el SCOOP, per a protegir la flama del vent. En la part superior disposa d'una obertura circular cridada paracaigudes que manejada pel pilot, que permet l'evacuació d'aire calent per a controlar els descensos. La barquilla és la cistella que serveix l'allotjament a l'equip i a la tripulació, duent en la seva part superior el cremador. El cremador és l'element que escalfa l'aire mitjançant el cremat de propà. L'equip es compon de les ampolles de gas i el cremador doble al que arriba el propà líquid. Encès per la flama pilot genera la calor necessària per a escalfar l'aire del globus entre 70º i 100º C . L'engegada del globus té dues fases fonamentals. La primera, després de desplegar la vela, és l'inflat de la mateixa mitjançant ventilador a motor, i la segona, l'escalfat lent de l'aire fins que el globus s'eleva a la seva posició de vol.

Els globus d'aire calent s'eleven en l'atmosfera pel principi "més lleugers que l'aire", la densitat de l'aire calent que contenen, és menor que la de l'aire que l’ envolta, pel que el globus rep una embranzida d’ascens que ho eleva (Principi d'Arquimedes). Si escalfem l'aire contingut en un globus a una temperatura


27

aproximada de 75º C en un ambient exterior que estigui a uns 15º C, aconseguirem que la densitat de l'aire de l'interior del globus sigui menor que la densitat de l'aire exterior, pel que el nostre globus “surarà” en l'aire, és a dir, serà més lleuger i ascendirà. Per a comprovar-ho, hem de calcular la força d'elevació que serà proporcional al volum del globus. A aquesta força, caldrà restar-li el propi pes del globus i els seus accessoris, de manera que, si el resultat és positiu, el globus ascendirà, en cas contrari el nostre globus serà un fracàs.

• F.i = força d'elevació real.

• F.t = força d'elevació, que depèn de la diferència de la densitat de l'aire dintre i fora del globus.

• P = Pes del globus i els seus accessoris.

Per a dur a bona fi el nostre projecte, hauríem de calcular:

• Força d'elevació (F.t), que dependrà del volum del globus i de les diferències de temperatura dintre i fora del mateix, és a dir, la diferència de densitats de l'aire.

• Pes del globus i els seus accessoris (P), que dependrà de la seva superfície i els seus accessoris de construcció. Per a saber el pes del globus, podem pesar-lo en una balança de precisió (a causa del poc pes d'aquest).

Per al càlcul de la força d'elevació, usarem l'equació dels gasos perfectes. Així, obtindrem una fórmula per a calcular la densitat de l'aire en funció de la seva temperatura. Com les condicions ideals del nostre projecte les hem fixat en 15º C d'ambient i 75º C en el globus, hauríem de:

1 m3 d'aire a 15º C, tindrà un pes de 1.226,29 gr.

1 m3 d'aire a 75º C, tindrà un pes de 1.014,86 gr.

Resultant que en aquestes circumstàncies, un globus de 1 m3 de volum podria elevar 212 grams.

Si li restem el seu propi pes tindrem la força amb que ascendirà el nostre globus.

Metodología Amb les dades anteriorment exposades arribem a la conclusió que per a projectar un bon globus són necessàries les següents condicions: 1) Un correcte disseny de la seva forma i perfil, acostant-se el més possible a la forma esfèrica, que és la de millor relació superfície volum.

F.e = F.t - P


28

2) Dissenyat el seu perfil, és necessari un càlcul correcte de les seves bandes per a trobar la seva superfície i el seu pes, coneixent les característiques del material que les composen. 3) Un càlcul adequat del seu volum, envers ell trobar la força d'elevació. Per al nostre treball escollirem el perfil d'una pera invertida, que podríem considerar com la unió en l'espai, d'un tros d'esfera amb un tronc de con. F1.

Per a aconseguir el nostre segon propòsit, s’han de calcular les bandes que compondran el nostre globus, fixarem el nombre d'elles, en aquest cas sis. L'altura del globus la fixarem en 110 cm., amb un diàmetre de 94 cm. en la seva part mes ampla. Perquè el treball sigui factible, en un paper normal farem els dibuixos reduït en 10 vegades (escala 1:10), i acabat el nostre disseny, ho ampliarem en el seu mateix valor, per a obtenir les bandes a la seva grandària natural. Per al càlcul de la plantilla, prendrem el disseny anterior i ho seccionarem en un nombre de vegades, (per exemple set) perpendiculars al seu eix longitudinal. F2. Cadascuna d'aquestes seccions, ens donarà una circumferència imaginària al tallar el nostre globus horitzontalment, amb ràdios denominats r1, r2, r3, ... r7. F3


29

El pes del paper que utilitzarem és de 17 gr/m2Vigila!, qualsevol paper que no sigui d'aquestes característiques, pot canviar la dada anterior i arruïnar tot el nostre treball, donant com resultat una frustrant borsa de paper. Per a la construcció i muntatge del globus, disposarem com punt de partida de la plantilla que forma les seves cares, dibuixades en paper o millor una còpia de la mateixa en cartró a grandària natural. El dibuix de la plantilla per ser els seus costats simètrics solament serà necessària la seva meitat. Estendrem la mitja plantilla sobre la taula , i enganxaremtants fulls de paper com siguin necessàris per a cobrir la grandària de la mateixa.

Els fulls aconseguit els doblegarem al llarg de la seva línia mitja i els apilarem de forma uniforme, col·locant les línies d'unió de tots al mateix costat, subjectant-les amb clip gran o qualsevol tipus de pinça. Una vegada apilades, es col·loca la plantilla damunt de manera que serveixi de guia en el tall de les bandes.

El tall de les bandes de paper, amb la forma de la plantilla és possiblement la part més delicada del muntatge, de la seva neteja dependrà l'estètica del nostre globus. El tall ho farem amb tisores o cúter procurant la major uniformitat en el mateix. Potser valgui la pena fer algunes proves en altres papers per a aconseguir un mica de pràctica. Separem les bandes tallades deixant dues d'elles obertes, la primera i la ultima i doblegades la resta de les mateixes. Per enganxar-les seguirem els passos següents: 1) Obrir el primer full doble i col·locar-la sobre la taula sense que agafi aire, passant la mà sobre ella s'adaptarà totalment al tauler.


30

2) Col·locar mitja banda sense obrir sobre la part dreta de la primera, enganxant amb un fil de cola. 3) Col·locar altra mitja banda sobre el costat contrari i procedir d'igual forma que l'anterior.

4) Enganxar a esquerra i dreta tantes bandes com componguin el globus, menys l'última que ens servirà per a tancar-lo en la mateixa situació que la primera, aconseguint en ambdues parteixes un "sistema d'acordió". En el cas d'un globus normal de sis bandes tindríem: la primera oberta en la part inferior, dues doblegades a la dreta i dues doblegades a l'esquerra, i una oberta en la part superior. 5) Revisar els plecs intermedis, que no han d'anar enganxats, perquè les restes de cola no els hagin unit, i si escau desunir-los amb cura abans que la cola assequi. 6) Deixar assecar el temps suficient

7) Finalment ens queda col·locar l’aro metàl·lic en la boca inferior del globus, el que farem doblegant unes pestanyes del mateix paper, en la part final de la boca, segons s'explica en les figures. L’aro que tindrà un diàmetre de 15 a 25 cm., proporcionat a la grandària del globus, caldrà unir-lo, mitjançant una cola adequada o soldadura. 8) Comprovar que no existeixen zones obertes en la línia d’enganxat. Aquesta comprovació es farà fàcilment inflant el globus amb l'aire calent d'un escalfador.


31

EL GLOBUS ESTÀ LLEST PER ENLAIRAR-SE! Per a l'inflat, prendrem el globus per l’aro metàl·lic de la boca, balancejant-lo a esquerra i dreta per a omplir-lo d'aire, i procurant que els seus plecs s'obrin en la seva totalitat; aquest detall és molt important per a evitar possibles deterioracions del mateix. Subjectant el globus per ambdós costats procedirem a omplir-lo d'aire calent. Arriba un moment que el globus comença a tirar cap amunt, ha d'esperar-se uns segons perquè l'aire estigui ben calent. En aquest moment ja no és necessària l'ajuda de la segona persona, el nostre globus es manté sol. Resultats 1. Identifica visualment quina es l’alçada a la que arriba el globus:

...................................

2. Calcula la superfície de la plantilla utilitzada i a partir d’aquí la de tot el globus:

3. Calcula el pes del globus, tenint en compte que el paper de seda utilitzat és

de 17 gr/m2

Qüestions 1. Com creus que el globus pot aterrar fàcilment en un cas real ? 2. Creus que es pot dirigir? Si la teva resposta és afirmativa, explica com.


32

3. Creus que qualsevol època de l’any és igual de bona per fer enlairar un

globus?

(IX Setmana de la Ciència) - Sant Feliu de...

Documents

Transcript of (IX Setmana de la Ciència) - Sant Feliu de...