COM S’UTILITZA AQUEST LLIBRE

COM S’UTILITZA AQUEST LLIBRE

Presentació de la unitat

Desenvolupamentde continguts

PENSA I RAONA

Plantejaments que  despertaran la teva curiositat i et motivaran cap a l’aprenentatge.

És possible que una ampolla plena d’aigua tingui un forat però que l’aigua no surti per aquest forat? És possible dissenyar un mecanisme perquè l’aigua no-més surti quan nosaltres ho decidim?

Per resoldre aquestes qüestions necessites una ampolla de plàstic d’aigua mineral, una canyeta i aigua.

1. Amb ajuda d’un punxó, fes un forat al tap de l’ampo-lla perquè hi càpiga la canyeta. Però no facis el forat massa gran, que la canya no balli.

2. Amb aquest mateix punxó, fes un forat al lateral de l’ampolla, de manera que en ficar-hi la canyeta, el seu extrem inferior pugui que -dar per sota d’aquest forat.

3. Tapa el forat lateral amb el dit o amb una mica de plas-tilina. Omple l’ampolla d’ai-gua, posa-hi el tap i fica-hi la canyeta, deixant el seu ex trem inferior per sobre del forat lateral.

4. Treu el tap del forat lateral i observa què passa. Surt l’ai-gua pel forat?

5. Ara abaixa la canyeta per-què el seu extrem quedi per sota del forat lateral. Surt l’aigua, ara?

6. Després puja a una cadira. Omple l’ampolla d’aigua i treu-ne la canyeta. Pel forat lateral sortirà aigua. Posa-hi molta atenció i deixa anar l’ampolla. A me-sura que l’ampolla vagi caient, fixa’t si surt aigua pel forat lateral. Només durarà dècimes de se-gon, però si estàs atent veuràs perfectament què passa.

Et proposem un repte

L’estudi de la �sica et permetrà entendre millor el món que t’envolta. I per complir aquest objectiu, aquesta unitat pot ser una gran eina. En primer lloc, estudiaràs la gravitació, que és la interacció que provoca la caiguda dels cos-sos i el moviment dels planetes i dels satèl·lits artificials, gràcies als quals disposem, per exemple, de telefonia mòbil, previsions meteorològiques o coneixement sobre l’origen de l’univers. La segona part de la unitat tracta del concepte de pressió, que està lligat a les forces i que és molt útil per descriure els efectes de les forces i, especialment, el comportament de líquids i gasos. La pressió és tan important que com més coses n’aprenguis podràs entendre la flotabi-litat dels cossos, el funcionament dels frens d’un cotxe, la necessitat d’afilar els ganivets o el temps meteorològic. Estudiar conjuntament gravitació i pressió et permetrà aplicar els coneixements sobre forces d’unitats anteriors, i entendre millor el que veus que passa cada dia al teu voltant. Tal com va dir Stephen Hawking (1942): «Només som una raça avançada de micos en un planeta menor d’una estrella mitjana. Però podem entendre l’univers. Això ens fa molt especials.»

Sumari 1 Una llei �sica fascinant

2 La llei de la gravitació universal

3 Per a què serveixen els satèl·lits artificials?

4 La pressió

5 El principi fonamental dela hidrostàtica

6 El principi d’Arquimedes

7 El principi de Pascal

8 La pressió atmosfèrica

5 DINÀMICA QUOTIDIANA: GRAVITACIÓ I PRESSIÓ

130 UNITAT 4 131UNITAT 4

4.1. Les lleis de Newton Les lleis de la dinàmica van ser compilades i organitzades pel físic i matemàtic anglès Isaac Newton a finals del segle XVIII. Per això són conegudes com a lleis de Newton.

Fins aquell moment s’associava el moviment a la presència de forces. El movi-ment existia perquè hi havia una força que el mantenia. Si empenyo un carro, el carro es mou; si el deixo d’empènyer, s’atura.

Intentarem entendre les lleis de la dinàmica amb ajuda d’aquest coet.

La tercera llei de Newton, o llei d’acció i reacció, ens ensenya que en les interaccions entre dos cossos les forces apareixen de dues en dues, de manera que a tota força «acció» s’hi oposa una altra força igual en mòdul i direcció, però de sentit contrari, «reacció».

� �� � ��= −F F1,2 2,1

Tot i que les forces siguin iguals i de sentits contraris, no s’anul·len, perquè actuen sobre cossos diferents.

Acció: força que exerceix el coet sobre els gasos.

Reacció: força que exerceixen els gasos sobre el coet.

Podem observar que la primera llei de Newton és en realitat un cas particular de la segona. Quan la força resultant és zero,

= = =a Fm m

0 0. I, per tant, el moviment

segueix el seu MRU.

La segona llei de Newton, o principi fonamental de la dinàmica, ens in-dica que l’existència d’una força resultant diferent de zero produeix en un cos un canvi en el seu moviment, una acceleració, que és directament proporcional a la força que la produeix:

F m a= · , en què la massa és la constant de proporcionalitat.

Quan s’engeguen, els motors exerceixen una força i el coet es comença a moure amb una acceleració a .

FÍSICA 2.0

Pots practicar amb les forces i les lleis de New-ton en aquesta pàgina:

goo.gl/bL2Z8m

28. Si el motor del nostre coet proporciona una força de 21 000 N i la massa del coet és de 3 tones, quina acceleració ha sofert el coet?

Si el motor ha estat en funcionament 10 segons, quina velocitat haurà assolit el coet en aquest temps?

29. Busca informació sobre la vida i l’obra d’Isaac Newton. Amb la informació recollida, confecciona un mural que es pugui penjar a l’aula.

ACTIVITATS

30. Si la massa de gas propulsada pel coet ha estat de 25 kg, quina accelera-ció han patit els gasos? Agafa les dades de l’exercici 28.

ACTIVITATS

3. Ara comprovarem la tercera llei de Newton amb dos imants. Situa dos imants sobre dos suros perquè puguin flotar. Pot ser convenient que posis un contrapès a la part inferior del suro. Tot seguit omple la pica de casa teva amb aigua i introdueix-hi els dos imants. Encara primer els dos pols iguals i després els dos diferents. Ob-serva que passa en cada cas. Fes fotos i prepara una presentació on expliquis i justifiquis tot el procés.

EXPERIMENTA Comprova la tercera llei de Newton

FC: força coet

FG: força gasos

La primera llei de Newton, també coneguda com a llei de la inèrcia, ens diu que si sobre un cos no hi actua cap força o si la força resultant és zero, el cos es mantindrà en repòs o continu-arà amb moviment rectilini uniforme ( = ct.v ).

Com que no hi actua cap força, i el coet està aturat, continuarà aturat.

110 UNITAT 4 111UNITAT 4

VOCABULARI

La cinemàtica és la part de la física que estudia el moviment sense tenir en compte les causes que l’originen.

2 Les magnituds del moviment L’estudi de la física s’inicia amb l’estudi del moviment. El moviment és present en tots els actes de la nostra vida, però què és el moviment?

Amb aquests dos exemples deus haver observat com és de relatiu el moviment i que realment cal fixar un punt de referència que suposem en repòs.

2.1. El sistema de referència i la posició En la vida quotidiana, en els jocs, etc., hi ha diferents maneres d’expressar on estan situats els objectes. És així per exemple en els escacs, en les curses o als carrers de les ciutats.

a) Imagina que ets un astronauta i que estàs situat a la Lluna. Quins movi-ments de la Terra observaries?

b) Ara ubica’t en un d’aquests ascensors transparents. Mentre baixes veus com un altre ascensor puja. Segur? Com ens podem assegurar que l’altre ascensor puja i que no està aturat?

PENSA I RAONA

El moviment és la variació de la posició respecte a un punt que conside-rem fix.

Un sistema de referència (SR) és el conjunt format per un origen de co-ordenades i uns eixos que permeten definir la posició d’un objecte mitjan-çant les coordenades que ocupa respecte a l’origen.

Per tant, la posició és un vector i la seva unitat en el SI és el metre (m).

2. Investiga quin sistema de referència s’utilitza en el joc de la guerra de vaixells i en les cartes de navegació.

ACTIVITATS

FÍSICA 2.0

Visita aquesta pàgina:goo.gl/xWRK1L

Podràs observar la di-ferència en un mateix moviment segons el sis-tema de referència que s’utilitzi.

El nombre d’eixos necessaris per definir el moviment dependrà de les caracte-rístiques del moviment mateix. El nombre d’eixos necessaris s’anomenen di-mensions del moviment.

SABIES QUE...?

Per situar un lloc a la su-perfície terrestre utilitzem les coordenades geogrà-fiques, longitud i latitud. En aquesta pàgina podràs trobar més informació so-bre aquest tema:

goo.gl/LgVBXfi un simulador a:

goo.gl/HgVTv9Investiga quina és la situ-ació, en coordenades ge-ogràfiques, del teu poble o ciutat.

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8 90 (0,0)

x

y

A(3,4)

B(7,2)�rA

�rB

A(3,4)

El primer nombre representa la distància a l’origen mesura-da en l’eix de les x.

,2)

El segon nombre representa la distància a l’origen mesurada en l’eix de les y.

x

Vector de posició

D’entre tots els sistemes de referència possibles, nosaltres triarem el sistema de referència cartesià, format per un, dos o tres eixos perpendiculars entre ells, que s’anomenen eix x, eix y i eix z.

La posició d’un objecte mòbil s’expressa mitjançant les coordenades que ocu-pa en aquest sistema.

Si el moviment és en línia recta, per exemple un corredor a la línia de meta, n’hi haurà prou amb una sola dimensió.

Si el moviment fa una corba, per exemple la pilota llançada per un jugador de golf, caldran dues dimensions.

Si el moviment no es pot representar en una única super�cie, per exemple el vol d’un ocell, cal utilitzar les tres dimensions de l’espai.

1. En grups de tres alumnes, dissenyeu un sistema de referència que permeti definir la posició de qualsevol alumne a l’institut. Per comprovar l’eficiència del vostre sistema, podeu amagar diversos objectes en llocs que només conegui un membre del grup, de manera que pugui indicar als companys on està situat l’objecte per verificar quin dels mètodes és el més efectiu. Després feu una posada en comú i discutiu quina de les propostes és més adequada. El company que amaga l’objecte pot enregistrar-vos per des-prés fer un muntatge de vídeo de tot el procés.

EL LABORATORI A L’AULA Sistemes de referència

Text introductori que et presenta cada unitat i l’apropa al teu entorn.

Estudiar serà divertit amb aquest llibre. La teoria és clara i concisa, i el text va acompanyat d’imatges i infografies

que t’ajudaran a entendre-ho tot de manera fàcil i molt visual.

EXPERIMENTA

Demostracions senzilles de pocs minuts que pots dur a terme amb material casolà

i que van acompanyades d’activitats.

LABORATORI A L’AULA

Experiments dissenyats per fer-los a l’aula, que t’ensenyaran a resoldre

en la pràctica el que has après.

Al sumari tens un avançament dels continguts.

Abans de començar et proposem un repte:

una activitat motivadora i experimental sobre els continguts nous.

PROJECTE DE RECERCA

El projecte de recerca et permetrà aprofundir i dur a terme tasques

com un autèntic científic.142 PROJECTE DE RECERCA 143PROJECTE DE RECERCA

PROJECTE DE RECERCA. Centri-què?

Centri-què?Sempre que un cos es mou amb un moviment circular, té acceleració. Aquesta acceleració pot tenir les components tangencial i normal o cen-trípeta, o només aquesta última component normal o centrípeta.

Tot seguit et plantegem un conjunt d’activitats perquè aprenguis els as-pectes fonamentals de la força principal del moviment circular: la força centrípeta.

1. Sobre el vagó d’una muntanya russa actuen en qualsevol punt la força de fregament, la força normal i el pes. Quines d’aquestes forces actuen com a forces centrípetes en els punts A, B i C del sistema de la figura?

2. El io-io de la figura és al punt que hem anomenat D. Els punts A, B i C es defineixen com a la imatge anterior, és a dir, punt A: el punt superior de la trajectòria; punt B: el punt més a la dreta, i punt C: el punt més a l’esquerra.a ) L’expressió següent en el punt A, és veritable o falsa?

= +m vR

m g T· ·2

I en els punts B i C?b ) Si la velocitat del cos és constant, en quin punt (A, B, C o D) és més

probable que es trenqui la corda del io-io?

3. Quina trajectòria seguirien els cossos de les dues primeres situacions representades i el cotxe d’aquesta tercera imatge si es trenqués l’estructura del rull, es trenqués la corda del io-io o la carretera estigués glaçada, respectivament?És possible que hi hagi una trajectòria circular si no hi ha cap força que actuï com a força centrípeta?

A

C B

A

B

D

C

N

Fc

PFrFr

R = 100 m

ACTIVITATS

4. Construeix el sistema experimental de la figura. Penja-hi un pes de massa coneguda i mesura la massa del tap. Amb la mà, fes girar el sistema, intentant que el gir es produeixi a velocitat constant.a ) Dibuixa les forces que actuen sobre el tap i sobre el pes.b ) Entre quines forces hi ha equilibri si el clip està fix?c ) Amb ajuda d’un company, cronometra el temps que triga el

tap a fer deu voltes. Quan acabeu, demana al teu company que posi el dit sobre la part superior del tub de vidre per aturar el sistema i que pugueu mesurar la longitud del fil. Re-peteix aquest mesurament cinc vegades i agafa la mitjana dels resultats com el valor real del temps.

d ) Aplica les expressions del MCU i de la força centrípeta per completar la taula següent:

Radi trajectòria

(R)

Longitud trajectòriaL = 2 · π · R

Temps 10 voltesT10 (s)

Temps una volta

=TT10

10

Velocitat tap

=vLT

Acceleració centrípeta

=avRc

2

Força centrípeta

=F mvR

·c

2

Pes de la pesa

P = m · g

e ) Es compleix l’equilibri de forces que has definit a l’apartat b)?f ) Augmenta la velocitat de gir del tap. El clip puja o baixa? Explica aquest comportament fent servir

les equacions corresponents.

5. La força centrípeta t’ajuda a entendre una gran quantitat de processos naturals i sis-temes tecnològics. Existeix alguna força en direcció centrípeta que actuï sobre els planetes? Com en pots estar segur? Saps quina és aquesta força?Per a què serveixen els forats del tambor d’una rentadora? Relaciona la teva resposta amb la de la primera pregunta de l’activitat 3.

Tap de gomaL

m

Tub de vidre

Clip

Pes

ACTIVITATS

L’acceleració tangencial mesura la variació de la celeritat i té direcció tangent a la trajectòria.

L’acceleració centrípeta mesura la variació en la direcció de la velocitat i té un sentit perpendicular a la trajectòria.

Recordant que =avRc

2, la segona llei de

Newton ens permet concloure que qualsevol força que actuï com a força centrípeta ha de complir que =F m

vR·c

2.

TASCA FINALLa teva tasca consisteix a redactar una memòria de recerca titulada Força centri-què? Força centrípeta. Has de plantejar un objectiu o diversos i incloure-hi les solucions i els resultats de les cinc activitats que has dut a terme. Intenta que l’aspecte no sigui el d’una col·lecció d’exercicis, sinó que resulti un informe organitzat amb l’estructura que consideris més útil per demostrar tot el que saps sobre la força centrípeta.

Tancament d’unitat

68 UNITAT 2 69UNITAT 2

El sabó

El procés de neteja consisteix a separar mate-rials diversos d’un substrat al qual no han d’es-tar units. Ens centrarem en el sabó de rentar roba o de mans.

La «brutícia» consisteix habitualment en matè-ria greixosa adherida al teixit, la qual pel seu caràcter hidrofòbic no pot ser desplaçada no-més per acció de l’aigua.

Pregunta 1 Aquest caràcter hidrofòbic es pot relacionar amb l’estructura d’un greix, que bàsicament pot ser un àcid gras o un triglicèrid. Quina és la causa del caràcter hidrofòbic? a) La gran cadena hidrocarbonada forma

ponts d’hidrogen amb l’aigua.

b) La gran cadena hidrocarbonada interacci-ona amb l’aigua mitjançant forces de Van der Waals.

c) Els àtoms d’oxigen interaccionen amb l’ai-gua formant ponts d’hidrogen.

d) Cap dels casos anteriors.

Pregunta 2 Les forces de cohesió entre les molècules en un líquid estan compartides amb tots els àtoms veïns. Les de la superfície no tenen àtoms per damunt i presenten forces atractives més for-tes sobre les seves veïnes properes de la super-fície. Aquesta asimetria de les forces d’atracció intermoleculars en la superfície s’anomena tensió superficial.

El procés de neteja utilitzant un detergent s’inicia perquè aquest detergent és capaç de disminuir la tensió

superficial de l’aigua, permet que es «mulli» mi-llor el teixit i facilita la separació de la brutícia hidrofòbica.

Per què disminueix la tensió superficial de l’aigua?

a) El sabó incrementa el nombre de ponts d’hidrogen.

b) El sabó disminueix el nombre de ponts d’hi-drogen.

c) El sabó dissocia la molècula d’aigua en els seus elements.

d) El sabó elimina hidrògens de l’aigua.

Pregunta 3

Els detergents més senzills es componen d’un cap hidrofílic i una cua hidrofòbica, de manera que són capaços d’envoltar la bru-tícia i aïllar-la del teixit. Quina resposta és certa?

a) El cap hidrofílic s’uneix a l’aigua per ponts d’hidrogen.

b) El cap hidrofílic s’uneix a l’aigua per enlla-ços covalents.

c) La cua hidrofòbica forma ponts d’hidrogen amb el greix de caràcter hidrofílic.

d) Cap de les anteriors.

Els adhesius

Objectiu

Investigar i desenvolupar un adhesiu o cola bi-odegradable i informar de les alternatives als productes comercials.

Producte final Obtenir un producte adhesiu natural i prepa-rar una presentació pública del procés seguit i els resultats obtinguts.

Passos que has de ferMalgrat que el teu professor et pot proposar un procés diferent, t’indiquem una possible seqüència de passos. També és recomanable fer-ho en grup, i després comparar les dades obtingudes.

1. Informa’t sobre els diferents tipus d’ad-hesius que existeixen i com actua ca-dascun. Si bé no crearem cap d’aquests adhesius, us interessa conèixer com actu-en per després investigar sobre la vostra proposta.

2. Busca coles naturals. Per fer-ho, a més de mirar en llibres i a Internet, duu a terme una recerca de camp pel teu entorn i es-brina com unien antigament els objectes trencats o que necessitaven mantenir-se junts.

3. Procedeix a fer diverses proves amb al-menys un parell d’adhesius. Analitza fac-tors com ara:

a) Temps d’assecatge fins que ja no sigui enganxós al tacte.

b) Temps de curació fins a assolir la forta-lesa màxima.

c) Temps d’envelliment fins que la unió se separa.

d) Fortalesa de la unió, quanta força hem de fer fins que se separin.

4. Amb totes les dades elabora unes mostres i prepara una exposició en públic. Heu d’ex-plicar com es justifica la unió entre les pe-ces de manera química i si hi ha agressió a les superfícies o no.

5. Si en tens l’oportunitat, fes una venda fictícia del teu producte. Per això has de valorar:

a) Si té un o diversos components que has de proporcionar per separat i com ho faries.

b) Quin seria el cost dels materials i el preu de venda. Sigues conscient del que pa-garies pel producte. El teu marge de be-nefici ha de ser raonable.

c) Incorpora tota aquesta informació al teu informe i recull els comentaris dels teus companys, familiars i amics.

H2O

Teixit

No mulla Mulla

Tasca competencial

POSA EN MARXA LES TEVES HABILITATS

Tensió superficial

SIMULACIONS I APLICACIONS 2.0

Ciència 2.0 i altres. Al llarg de tot el llibre podràs accedir a applets relacionades amb els processos químics i físics

més interessants.

EXEMPLES RESOLTS

Acompanyen la teoria quan els coneixements

matemàtics ho requereixen.

ACTIVITATS

Exercicis que consoliden els conceptes apresos

en la teoria.

POSA EN MARXA LES TEVES HABILITATS

Una activitat tipus PISA i una tasca competencial per unitat, amb les quals

podràs posar en joc els teus coneixements, habilitats i destreses per resoldre-les.

MIRA AL TEU VOLTANT

Lectures, debats, recerques que et faran

pensar i afavoriran el teu esperit crític.

MAPA CONCEPTUAL

Mapa dels conceptes més importants, que et convidem

a completar amb altres continguts que has estudiat.

ACTIVITATS FINALS

Dividides en bàsiques, de consolidació i avançades, amb les quals assoliràs els coneixements necessaris.

168 UNITAT 5 169UNITAT 5

FÍSICA 2.0

El simulador virtual que hem emprat per compro-var el principi dels vasos comunicants i la para-doxa hidrostàtica també permet comprovar el principi de Pascal i apro-fundir-hi. Fes servir la tercera pantalla d’aquest simulador.

7 El principi de Pascal Els líquids són fluids gairebé incompressibles, la qual cosa significa que el seu volum varia molt poc quan s’hi exerceix pressió. El principi de Pascal explica com respon un líquid quan se’l sotmet a pressió.

Una altra aplicació molt important del principi de Pascal són els sistemes de frens hidràulics d’automòbils o bicicletes:

El principi de Pascal afirma que la pressió exercida sobre un fluid incom-pressible situat en un recipient tancat de parets rígides es transmet amb la mateixa intensitat en totes les direccions i en tots els punts del fluid.

2. Necessites una ampolla de plàstic d’1,5 litres, una carcassa de bolígraf transparent, trossets de filferro i cinta aïllant. Amb la cinta tapa el foradet lateral del bolígraf. L’única obertura del bolígraf ha de ser la infe-rior. Fica-hi prou filferro perquè quedi surant. Tanca l’ampolla i fes força lateralment amb la mà.Quina trajectòria segueix el bolígraf? Si fas en-cara més força, què passa?Torna a prémer l’ampolla i fixa’t en la part infe-rior del bolígraf. Pots explicar el moviment del bolígraf mitjançant el principi d’Arquimedes?Quan no fas força sobre l’ampolla, la carcassa roman plena d’aire. Perquè l’aigua pugui entrar a dins d’aquesta carcassa, la seva pressió ha de ser su-perior a la d’aquest aire. Quan prems l’ampolla, interacciones amb l’aigua? En fas augmentar la pressió?

Càmera plena d’aire

Llast (filferro, plom...)

Boca no taponada

Aigua

EXPERIMENTA Ludió de Descartes

F1 F2

A1

A2

3 D’acord amb el principi de Pascal, l’augment de pressió P1 del dipòsit es comunica a tot el líquid. Per tant:

= → =P PFA

FA1 2

1

1

2

2 Expressió matemàtica del principi de

Pascal. Aïllant: =F FAA

·2 12

1

, que mos-

tra que si augmenta la super�cie A2, s’incrementa la força F2 que obtenim. Amb un disseny adequat, podem acon -seguir forces molt elevades; per exem-ple, per deformar una làmina d’acer, aplicant forces moderades.

1 La figura mostra una premsa hi-dràulica, una de les aplicacions principals del principi de Pascal. Pots veure aquestes premses en nombroses indústries i tallers. Per exemple, per a la conforma-ció de peces d’acer.

En les premses actuals s’empra aire comprimit en lloc de força muscular.

2 S’exerceix una força F1 sobre la super�cie A1 i per tant s’eleva la pressió del líquid un valor

=P

FA1

1

1

Quan s’actua sobre la maneta del fre, s’exerceix una pres-sió sobre un líquid que hi ha en aquests tubs, que tenen una secció lateral molt petita.

Aquesta pressió es comunica a uns pistons de més super�cie (de color vermell en la imatge de detall), que pressionen el disc lligat a la roda i la frenen. La força exercida a la maneta es multiplica en aquests pistons i el sistema aconsegueix més força de frenada.

Disc de fre

35. Per fer pujar a una furgoneta una persona amb cadira de rodes, amb una massa conjunta de 120 kg, s’ins-tal·la un elevador hidràulic amb un pistó gran. El radi d’aquest pistó és vuit vegades més gran que el del pistó petit. La força aplicada és de 25 N. És un sistema adequat?

36. Elabora una exposició oral sobre el sistema de direcció pneumàtica en la qual expliquis com funciona i quins avantatges presenta.

ACTIVITATS

16. L’elevador hidràulic és una màquina que aprofita el principi de Pascal per aconseguir forces molt grans per elevar cossos pesants aplicant forces moderades. L’elevador de la figura té un pistó petit de radi 2 cm i un de gran de radi 20 cm. Quina força s’ha d’aplicar amb l’aire com-primit per elevar un vehicle de 2 000 kg?

SolucióS’ha d’emprar el principi de Pascal, i per fer-ho cal conèixer les superfícies dels pistons petit i gran:

2 4 cmpetita2 2 2� � �= ⋅ = ⋅ =S r 20 400 cmgran

2 2 2� � �= ⋅ = ⋅ =S r

La força que ha de realitzar l’elevador correspon al pes del cotxe. Per tant, la força que ha de fer l’aire comprimit és:

· 2000 · 9,8 · 4 ·400 ·

196 Naire

petita

cotxe

granaire

cotxe petita

gran

�

�= = = =F

SPS

FP S

S

Per tant, aquest elevador multiplica per cent la força exercida.

Pel principi de Pascal, l’augment de pressió es comunica a totes les parts del gas, i dóna lloc a una força prou gran per aixecar el vehicle a les dues columnes de l’elevador.

Aquest compres-sor introdueix aire en un pistó petit de l’elevador i n’aug-menta la pressió.

EXEMPLE RESOLT

28 UNITAT 1 29UNITAT 1

Quan fem servir el telèfon mòbil al carrer caminem amb més prudència Actualment és habitual veure persones que utilitzen el seu telèfon in-tel·ligent alhora que caminen pel carrer. Conrad Earnest, de la Univer-sitat de Texas A&M, i tres col·laboradors, de la Universitat de Bath, han examinat l’efecte de dur a terme aquesta doble tasca en un grup de trenta individus que, a més, estaven cognitivament distrets.

Els participants, de 18 a 50 anys d’edat, van seguir un camí ple d’obs-tacles mentre executaven tres accions diferents. En el primer cas, caminaven tal com ho feien normalment; en el segon, caminaven i teclejaven missatges de text amb el telèfon mòbil; en el tercer, a més de les dues tasques anteriors, havien de resoldre un problema de matemàtiques.

Els resultats suggereixen que els participants trigaven més temps a recórrer el camí quan feien la tercera tasca per comparació amb la primera. En aquest cas, els individus també aconseguien evitar més obstacles i augmentaven la freqüència de pas; així mateix, disminuïa la seva capacitat de caminar en línia recta. En concret, quan s’enfrontaven a desafiaments cognitius, aquests vianants reduïen la seva velocitat per minimitzar el risc d’accidents, i per això eren menys propensos a ensopegar, ja que reduïen la longitud de pas i passaven més temps amb tots dos peus en contacte amb el terra.

www.investigacionyciencia.es, 31 de juliol de 2015

Qüestions a) Identifica en aquest experiment els passos del mètode científic. b) Consideres que aquesta notícia té rigor científic? Per què? c) Feu un debat a classe sobre els resultats obtinguts.

MIRA AL TEU VOLTANT

Establir una relació entre variables

Objectiu Determinar la relació entre la temperatura i el temps.

Introducció Volem esbrinar si hi ha relació entre el temps d’escalfament i la temperatura que assoleix un objecte, de manera que puguem trobar una expressió matemàtica que relacioni les dues variables. En el nostre cas ho farem sobre l’aigua.

Material• Fogó.

• Vas de precipitats.

• Aigua destil·lada.

• Termòmetre.

• Cronòmetre.

Procediment Elabora una taula com la següent per apun-tar els valors de temps i temperatura durant l’experiment:

Temps 30’’ 1’30’’ 2’ 2’30’’ 3’ …

T (ºC)

Introdueix 100 mL d’aigua destil·lada en el vas de precipitats. Posa el vas sobre el fogó i col-loca el termòmetre a l’interior del vas. Segueix les instruccions del professor per fer el mun-tatge. Encén el fogó i fes mesures de temps amb el cronòmetre a intervals de 30 segons. Anota els valors de temps i temperatura fins que el termòmetre indiqui que l’aigua destil·la-da està a 80 ºC. Procura que no passi d’aquest valor.

Tasca1. Representa en un eix de coordenades els

valors de temps-temperatura que has ob-tingut. Situa el temps com la variable inde-pendent i la temperatura com la variable dependent.

2. Hi ha relació entre les dues variables? Si la resposta és afirmativa, indica quin tipus de relació tenen.

3. Calcula’n la constant de proporcionalitat i expressa-la amb la unitat corresponent. Per fer-ho, calcula el valor de la constant per a cada mesura i efectua la mitjana.

4. Calcula l’error absolut i relatiu que s’ha comès per a cada valor de la constant de proporcionalitat.

5. Expressa la funció matemàtica de la funció resultant.

6. Respon les qüestions següents: a) Utilitzant l’expressió matemàtica obtin-

guda, esbrina quant temps caldria es-perar per arribar a una temperatura de 90 ºC.

b) Analitza els motius dels possibles errors que hagis comès.

7. Expressa una opinió personal breu sobre la pràctica. Indica quines dificultats has trobat per dur-la a terme.

8. Torna a fer la pràctica, però aquesta vega-da amb 200 mL d’aigua.

9. Indica l’expressió matemàtica de la fun-ció resultant. Hi ha diferència entre les dues funcions? Quina conclusió en podem treure?

PRÀCTICA DE LABORATORI

Copia el mapa al teu quadern i completa’l amb els termes següents: escalars i vectorials, fonamentals i derivades, xifres significatives, error. MÈTODE CIENTÍFIC

Publicació

Teoria o llei

Anàlisi de resultats

Observació

Hipòtesi

Experimentació

Mesura en ciència

Magnituds

MAPA CONCEPTUAL

68 UNITAT 2 69UNITAT 2

El sabó

El procés de neteja consisteix a separar mate-rials diversos d’un substrat al qual no han d’es-tar units. Ens centrarem en el sabó de rentar roba o de mans.

La «brutícia» consisteix habitualment en matè-ria greixosa adherida al teixit, la qual pel seu caràcter hidrofòbic no pot ser desplaçada no-més per acció de l’aigua.

Pregunta 1 Aquest caràcter hidrofòbic es pot relacionar amb l’estructura d’un greix, que bàsicament pot ser un àcid gras o un triglicèrid. Quina és la causa del caràcter hidrofòbic? a) La gran cadena hidrocarbonada forma

ponts d’hidrogen amb l’aigua.

b) La gran cadena hidrocarbonada interacci-ona amb l’aigua mitjançant forces de Van der Waals.

c) Els àtoms d’oxigen interaccionen amb l’ai-gua formant ponts d’hidrogen.

d) Cap dels casos anteriors.

Pregunta 2 Les forces de cohesió entre les molècules en un líquid estan compartides amb tots els àtoms veïns. Les de la superfície no tenen àtoms per damunt i presenten forces atractives més for-tes sobre les seves veïnes properes de la super-fície. Aquesta asimetria de les forces d’atracció intermoleculars en la superfície s’anomena tensió superficial.

El procés de neteja utilitzant un detergent s’inicia perquè aquest detergent és capaç de disminuir la tensió

superficial de l’aigua, permet que es «mulli» mi-llor el teixit i facilita la separació de la brutícia hidrofòbica.

Per què disminueix la tensió superficial de l’aigua?

a) El sabó incrementa el nombre de ponts d’hidrogen.

b) El sabó disminueix el nombre de ponts d’hi-drogen.

c) El sabó dissocia la molècula d’aigua en els seus elements.

d) El sabó elimina hidrògens de l’aigua.

Pregunta 3

Els detergents més senzills es componen d’un cap hidrofílic i una cua hidrofòbica, de manera que són capaços d’envoltar la bru-tícia i aïllar-la del teixit. Quina resposta és certa?

a) El cap hidrofílic s’uneix a l’aigua per ponts d’hidrogen.

b) El cap hidrofílic s’uneix a l’aigua per enlla-ços covalents.

c) La cua hidrofòbica forma ponts d’hidrogen amb el greix de caràcter hidrofílic.

d) Cap de les anteriors.

Els adhesius

Objectiu

Investigar i desenvolupar un adhesiu o cola bi-odegradable i informar de les alternatives als productes comercials.

Producte final Obtenir un producte adhesiu natural i prepa-rar una presentació pública del procés seguit i els resultats obtinguts.

Passos que has de ferMalgrat que el teu professor et pot proposar un procés diferent, t’indiquem una possible seqüència de passos. També és recomanable fer-ho en grup, i després comparar les dades obtingudes.

1. Informa’t sobre els diferents tipus d’ad-hesius que existeixen i com actua ca-dascun. Si bé no crearem cap d’aquests adhesius, us interessa conèixer com actu-en per després investigar sobre la vostra proposta.

2. Busca coles naturals. Per fer-ho, a més de mirar en llibres i a Internet, duu a terme una recerca de camp pel teu entorn i es-brina com unien antigament els objectes trencats o que necessitaven mantenir-se junts.

3. Procedeix a fer diverses proves amb al-menys un parell d’adhesius. Analitza fac-tors com ara:

a) Temps d’assecatge fins que ja no sigui enganxós al tacte.

b) Temps de curació fins a assolir la forta-lesa màxima.

c) Temps d’envelliment fins que la unió se separa.

d) Fortalesa de la unió, quanta força hem de fer fins que se separin.

4. Amb totes les dades elabora unes mostres i prepara una exposició en públic. Heu d’ex-plicar com es justifica la unió entre les pe-ces de manera química i si hi ha agressió a les superfícies o no.

5. Si en tens l’oportunitat, fes una venda fictícia del teu producte. Per això has de valorar:

a) Si té un o diversos components que has de proporcionar per separat i com ho faries.

b) Quin seria el cost dels materials i el preu de venda. Sigues conscient del que pa-garies pel producte. El teu marge de be-nefici ha de ser raonable.

c) Incorpora tota aquesta informació al teu informe i recull els comentaris dels teus companys, familiars i amics.

H2O

Teixit

No mulla Mulla

Tasca competencial

POSA EN MARXA LES TEVES HABILITATS

Tensió superficial

66 UNITAT 2 67UNITAT 2

Activitats bàsiques

1. És possible que un electró estigui en una òrbita amb una energia de –E0/16? Quina seria?

2. Quin és el fenomen que va donar lloc al naixe-ment del model de Bohr? Explica-ho.

3. Diferencia entre òrbita i orbital. A causa de quin raonament es va passar de l’una a l’altre?

4. Un àtom té ocupades les òrbites següents, se-gons el model de Bohr. Identifica quina seria la seva representació en el model quàntic i a quin element ens referim.

5. Enumera les famílies i els elements dels grups principals.

6. Completa la taula i localitza al SP els elements següents:

Clau Període Grup Família Z Config. elec.

[A]

[A] Z = 12 [B] … 4p3 [C] grup 14 per. 5[D] = … 3d6 [E] Z = 51 [F] tercer alcalí

7. Enuncia la regla de l’octet i aplica-la als elements següents: 3Li, 13Al, 16S, 20Ca, 30Zn 33As, 54Xe.

8. Un element del tercer període completa l’oc-tet guanyant tres electrons. Obtingues el seu nombre atòmic, la configuració electrònica de l’element lliure i el tipus d’enllaç que formarà amb si mateix.

9. Per a les parelles següents, determina: a) El tipus d’enllaç: iònic, covalent o metàl-

lic. b) La valència amb què actua cada element. c) La fórmula del compost format i l’estructura

de Lewis resultant. d) El tipus de substància que s’ha format.

Li i F Mg i F O i F C i FLi i Li F i F Mg i S K i Cl

10. Indica quina situació representa cadascun dels nombres en la gràfica d’energia d’enllaç i indica quin tipus de força (atractiva o repul-siva) domina.

11. Identifica a partir de les seves propietats el tipus de substància i l’enllaç entre els seus ele-ments: a) Condueix el corrent fos, però no sòlid. b) Deformable i condueix el corrent. c) Tan tou que serveix de lubrificant. d) Temperatura de fusió molt elevada i no con-

dueix, ni tan sols fos.

12. Anomena i formula:a) 2-pentè b) Metilpropàc) CH3—CH—CH3

| CH2—CH3

d) 2-propanol

e) CH2=CH—CH3 f) CH3—CH2—CHO

—=

Activitats de consolidació 13. Identifica quines de les combinacions

següents de nombres quàntics són possibles i a quins orbitals ens referim. Si són inviables, justifica per què:

a) (2,3,4) b) (3,1,1) c) (0,0,0)

d) (2,0,0) e) (1,1,-1) f) (3,2,−2)

14. Construeix l’estructura de Lewis i prediu les valències dels compostos formats per:

a) Ca i S b) Al i S c) N i O d) Br i Br

15. Ets en un magatzem on tens llapis, rajoles, un anell de diamant, una xapa d’acer, un sac de sal gruixuda, alcohol i unes tisores. Indica quin material utilitzaries per: a) Passar per damunt de cables pelats amb

corrent.

b) Evitar el grinyol d’una porta.

c) Realitzar el filament d’una bombeta.

d) Aconseguir una dissolució conductora.

e) Tallar un vidre de finestra sense trencar-la.

16. Quina és l’estructura de Lewis del carboni en el diamant, el grafit, el grafè i el carbí?

17. Afegim oxidant en excés a l’1-propanol, al 2-propanol i al 2-metil-2-propanol. Formula i anomena tots els compostos que es poden formar i identifica els tipus de carboni.

18. Determina i anomena tres isòmers del C3H6O i cinc del C4H8O2 (com a mínim n’hi ha nou).

19. Anomena o formula:

a) 2,3-dimetilpentà b) dipropilamina

c) CH2=C=CH2 d) CH3—C—CH=CH2

O

=

e) CH2=CH—COONH2 f) CH3—CH—COOH

CH2—CH3

—

Activitats avançades 20. Indica tots els possibles nombres quàntics

associats als orbitals 3s, 2p i 4d.

21. Per què no pot existir un orbital 2d?

22. Justifica l’estructura de Lewis de l’àcid fòmic (HCOOH), PCl3, sofre (S8) i NCl3.

23. Proposa de manera raonada un ordre en les temperatures de fusió de les substàncies següents: W, I2, NaF, Na2O, SiO2, MgO, Sn.

24. Justifica l’evolució de les temperatures de fusió dels halurs d’hidrogen:

Compost HF HCl HBr HI

TFUS (K) 190 158,3 153 184,6

TEBUL (K) 293 188,1 200 237,8

25. Quina relació hi ha entre els subíndexs de les fórmules CaF2, SF2 i F2 i la seva estructura?

26. L’aigua té un punt de fusió anormalment ele-vat. Quin avantatge biològic implica i a què és degut?

27. Què significa desnaturalitzar una proteïna des del punt de vista químic i quines interaccions es modifiquen?

28. Investiga l’origen i les aplicacions més impor-tants dels hidrocarburs segons el nombre de carbonis de la seva cadena.

29. Elabora un cartell en què mostris els grups funcionals principals, la seva estructura bàsica, alguns exemples, les seves propietats i aplica-cions.

30. Formula: a) Àcid 2-etil-2-propenoic.b) Butanoat de metil.c) Etanoat de butil.

31. Anomena: a) CH3—C=C—CNH2

O—=

CH3—CH2

—

b) CH3—CO—CH2—CO—CH3

Ener

gia

Distància entre nuclis

4

3

2

1

H

K

I

G

N

J

L M

ACTIVITATS FINALS

PRÀCTICA DE LABORATORI

Amb tasques associades.