ciències de la natura - · pdf file... informació o qualsevol altre...

Ciències dela Natura

2

eso

Coordinador: Mariano García GregorioJoaquín Alegre / Juanjo Asensi / Agustí Candel / Sensio Carratalá / Xavi Estruch /Mª Ángeles García / Mariano García / Ximo Gregori / Juan Soler / Juan José Tent

COMUNITAT

VALENCIANA

EAVV5124_FRONTIS 4/7/08 12:18 Página 3

©ÉS PROPIETAT

Mariano García Gregorio

Joaquín Alegre Juan

Juanjo Asensi Marqués Mª Ángeles García Papí

Agustí Candel Rosell Ximo Gregori Montesinos

Sensio Carratalá Beguer Xavi Estruch Pons

Juan Soler Llopis Juan José Tent Fons

Editorial ECIR

Il·lustracions:

Base fotogràfica Editorial Ecir

Fotolia

Istockphoto

Stryker Iberica

Autors

Disseny portada:

Valverde Iborra

Dipòsit legal: V-2879-2008

I.S.B.N.: 978-84-9826-391-6

Vila de Madrid, 60 - 46988 - P. I. Font del Gerro - PATERNA (València) Tels: 96 132 36 25 - 96 132 36 55 - Mòbil: 677 431 115 - Fax: 96 132 36 05 E-mail: [email protected] - http://www.ecir.com

Reservats tots els drets. Ni la totalitat, ni part d'aquest llibre pot ser reproduït o transmès mitjançant procediments elec-trònics o mecanismes de fotocòpia, enregistrament, informació o qualsevol altre sistema, sense el permís escrit de l'editor.

2

eso

Ciè

ncie

s d

e l

a N

atu

ra


A les/els alumnes:

Ja esteu en el 2n curs després de superar el 1r de l’ESO que tan difícilsemblava. Al nostre llibre anterior, us indicàvem que amb treball i mètode esvencen les dificultats. Així ha hagut de ser, doncs esteu començant altravegada una nova aventura. Sí, aventura, heu llegit bé, perquè poquesaventures n’hi ha de tant interessants com la del coneixement i el saber.Per a acompanyar-vos-hi, us proposem el libre que teniu a les mans. És unpoc diferent del què vau estudiar en 1r però no és més difícil. Fins i tot elscontinguts estan més organitzats doncs giren al voltant del nucli comú del’energia. Energia que està present en els fenòmens físics i químics, en elséssers vius, en la nostra Terra... És allò que anomenem idea eix, doncs al seuvoltant giren molts temes d’interés.L’element d’ajuda més important amb el qual compteu són els vostresprofessors. Col·laboreu-hi i també amb els vostres companys, i recolzeu-vosen aquest llibre per a aprendre. L’aventura del saber és més rica quan esrealitza en companyia.

Bon treball i bona sort!

Els autors

presentació


DDeesseennvvoolluuppaammeennttddee llaa UUnniittaatt

PPrreesseennttaacciióó ddee llaaUUnniittaatt

Fixa’t: Activitat relacionada amb la interpretació d’una fotografia, taula o dibuixque has d’explicar. Desenvoluparàs així, entre altres, la teua competència mate-màtica i aprendràs a aprendre, de forma més autònoma.

Text que has de treballar i aprendre per a desenvolupar totes les competènciesque es consideren desitjables per a xics i xiques de la teua edat.

Vocabulari: Definició de termes tècnics o poc corrents que incrementarà la teuacompetència en comunicació lingüística.

Document d’ampliació: Con-tingut relacionat amb el textque et servirà per potenciarl’adquisició de coneixe-ments i la interacció amb elmón físic.

Exercici resolt: Activitatstotalment desenvolupadesque t’ajudaran a afavorir lateua competència mate-màtica.

Activitats: Treballs de “lla-pis i paper” que resumeixenl’estudiat a les dues pàginesque observes.

C A L O R I T E M P E R AT U R A 2CCAALLOORR II TTEEMMPPEERRAATTUURRAA

EENNEERRGGIIAA IINNTTEERRCCAANNVVIIAADDAA

CCAANNVVIISS DD''EESSTTAATT

TTRREEBBAALLLL,, CCAALLOORR II EENNEERRGGIIAA

RREESSUUMM

AACCTTIIVVIITTAATTSS

TTAALLLLEERR II LLAABBOORRAATTOORRII L'ús del calorímetre, barreges.

CCIIÈÈNNCCIIAA II SSOOCCIIEETTAATT

Efectes de la calor.

11

22

33

44

Encara que ja hem parlat d'energia mecànica entemes anteriors, l'origen de l'energia es troba en l'e-nergia tèrmica: el foc. El domini del foc fou, sensdubte, una fita en l'evolució humana. Amb el foc espodien realitzar innombrables coses: era la primerafont energètica de la qual tingué constància l'home.Contraposat a ell, apareix l'aigua (que apaga el foc, elcontrola). Fins a la revolució industrial, amb la invenció de lamàquina de vapor no es donà el segon salt fonamen-tal a la història de l'energia: la construcció de màqui-nes tèrmiques que permetien realitzar treball a partirdel "foc", i curiosament utilitzant l'aigua. Es tractad'energia tèrmica. El paper de l'aigua resulta fonamental per regular lestemperatures i permetre que el nostre planeta puguiésser habitable en les condicions que coneixem. Amb l'electricitat i el petroli s’estengué l'ús de l'ener-gia a tots els àmbits de la nostra societat i amb açòaparegué la "crisi energètica". En esta unitat sola-ment ens ocuparem de l'energia tèrmica; en unitatsposteriors reflexionarem sobre la crisi energètica.

PROBLEMES ASSOCIATS A L'OBTENCIÓ, TRANSPORT I UTILITZACIÓ DE L'ENERGIA

Per disposar de l'energia que necessita la societat actual esrecorre o bé a l'extracció de recursos no renovables (carbó, gas,petroli, urani) o bé a la utilització de fonts renovables (solar,eòlica...).

A més a més de trobar els recursos no renovables, apareix elproblema de la seva extracció i el seu transport, perquè tots dosprocessos requereixen també una despesa d'energia: Les mines decarbó i les plataformes petrolíferes són exemples del que diem,ja que una vegada extrets els recursos han de transportar-se aaltres llocs, un transport que implica consum d'energia i el pro-blema addicional de la possible contaminació.

Totes les dades que disposem en l'actualitat indiquen que elsrecursos naturals no renovables s'esgotaran en un termini moltcurt si continuem consumint l'energia al ritme actual, pel queresulta imprescindible la utilització de recursos renovables.

Dificultats en l'ús de les energies renovables

Les energies renovables no s'esgoten ni produeixen gasos d'e-fecte hivernacle, però la solució als problemes energètics no éstan senzilla. Per exemple, ara com ara no som capaços funcionarels mitjans de transport amb la mateixa eficiència només utilit-zant energies renovables.

Un problema que presenta l'ús d'energies renovables és el refe-rit a la potència (energia per unitat de temps). És cert que podemtenir electricitat a casa mitjançant plaques fotovoltaics, però nopodríem disposar de la potència que disposem en l'actualitat: ésa dir, no podríem connectar molts aparells domèstics a la vegada.

Un altre problema lligat a l'ús de les energies renovables és elreferent a la continuïtat en el subministrament: Què succeiria sino hi hagués sol o vent? Ara com ara, no sabem emmagatzemarl'energia obtinguda de les fonts renovables.

Resumint: no sembla factible, encara, substituir completa-ment les fonts d'energia no renovables per les fonts renovablesd'energia.

Elabora una llista d'avantatges i inconvenients per a cada una de lesdues solucions indicades. Pots incloure aspectes que no hem contem-plat en la nostra presentació: polítics, socials, econòmics, etc. Elabora una llista d'accions que pots emprendre en la teva vida diàriaque contribuiran a l'estalvi energètic.

A

B

Activitats

Fonts d’energia52 Fonts d’energia 53

L'avançament de les societats actuals va unit a una demandacreixent d'energia.

En els països industrialitzats consumim l'energia com si fosinexhaurible.

Però els recursos naturals des dels quals s'obté l'energia podenesgotar-se; l'escassetat dels recursos naturals pot provocar crisisenergètiques que podrien transformar completament els nostresmodes de vida.

Per açò, un dels reptes que té la societat actual és el creixe-ment sostingut. Entenem per sosteniment sostenible un progrésque asseguri com a mínim l'existència de recursos naturals sufi-cients per a les generacions futures.

El sosteniment sostenible comprèn diferents aspectes: el pri-mer aspecte seria l'ambiental, com el control de la contaminacióde l'aire i de l'aigua; el segon aspecte és social, lligat als proble-mes d'alimentació, salut i treball digne. Un tercer aspecte estàlligat a la dimensió econòmica, agricultura, pesca i ramaderia,però també edificació i comerç. L'últim aspecte fa referència alsaspectes institucionals, com la cooperació i els acords globals.

Ciència, energia i societat 5

Fig. 5.1

Fixa't

Què et suggereix este mapa? On s'utilitza més energia? Què és el tercer món?

Fixa't Fig. 5.2

Pensem en una certa quantitat de petrolien un jaciment equivalent a 100 unitatsd'energia.

En la seva extracció, transport, i posteriordestil·lat es consumeixen més de 50 unitats dela mencionada energia. De les 50 unitats quecom a màxim ens en quedarien, els motorsdels nostres automòbils només són capaçosd'utilitzar efectivament fins a un 30%.

Quin percentatge d'energia aprofita finalmentel cotxe?

RECERCA DE SOLUCIONS

Els problemes principals que téla nostra societat relacionats

amb l'energia hem vist que són dos:

- La seva demanda creixent, el queobliga a buscar noves fonts incessant-ment.

- La contaminació inherent al consumd'energia.

Per açò, és imprescindible no nomésconscienciar respecte a la necessitatd'un estalvi energètic, substituint en lamesura del possible el consum des defonts no renovables, sinó mantenir l'e-xigència d'una contínua investigació.

CCoomm eessttuuddiiaarr CCiièènncciieess ddee llaa NNaattuurraa

Títol de la unitat

Introducció, idees bàsiques

Fotografia relativa al tema

Índex de tots els contingutsdel tema


RReessuumm ii AAccttiivviittaattss

Les ones es classifiquen en materials i electromag-nètiques. En què es diferencien unes de les altres?

En què creus que es diferencien les ones que emetTV1 de les que emet TV2?

En què es diferencien les ones d'un so greu d'un altreagut?

En un receptor de ràdio o de TV, en què consisteixexactament sintonitzar una emissora.

El saxòfon és un instrument musical "de canya". Quèsignifica esta expressió?

Fes un dibuix per explicar l'aspecte de la Lluna enfase de Lluna nova.

Ídem en quart creixent.

Quina propietat hauria de tenir un cos per ésser invi-sible?

En quina propietat de les ones es basen els miralls?I les lents?

En el fons d'una piscina hi ha un focus de llum. Fesun esquema d'un raig de llum que ix d’ste focus i ensarriba a nosaltres a l'exterior.

Quins fenòmens dels estudiats estan presents a laformació de l'arc de Sant Martí?

A l'estiu, és preferible (per no passar calor) vestir-seamb colors clars i no foscs. Podries explicar-ne laraó?

De quin color haurien de ser les peces de roba d'hi-vern?

Què significa que una habitació estigui acústicamentaïllada?

Què són els decibels?

Quin és l'origen de tot so? Què són els ultrasons? Iels infrasons?

Fes un esquema per explicar el funcionament delssenyals de ràdio i TV; en este lloc han d'aparèixer lesdiferents ones que hem estudiat.

Una lupa és una lent convergent. Explica des deldibuix adjunto el seu funcionament.

Un any-llum és la distància que recorre la llum en unany. Calcula quants km és un any- llum.

Calcula la longitud d'ona de les ones d'una emisso-ra de ràdio que se sintonitza a la banda de 100MHz.

Les ones electromagnètiques que utilitzem en elstelèfons mòbils són a la banda de les microones (800-2000 MHz). Calcula les longituds d'ona correspo-nents a esta banda.

Dissenya una experiència per mesurar la velocitat delso en l'aire.

Fes un esquema per explicar les comunicacions mit-jançant telefonia mòbil; hi han d'aparèixer les dife-rents ones que hem estudiat.

Per què serveix la capsa d'una guitarra?

Per què es deixa un espai buit a les parets d'una casa(o es farceixen de cert material?).

Explica la formació de la penombra.

Formaria penombra un focus puntual?

Completa en el teu quadern l'esquema de la figuraadjunta explicant de quin fenomen es tracta.

Les ones són una transmissió d'energia

- Totes s'originen mitjançant una vibració (pertorba-ció) inicial...

- ... que es transmet per un medi (ones materials) otambé pel buit (ones electromagnètiques).

- La llum (ona electromagnètica) i el so (ona material)són els exemples d'ones que estudiem.

- Independentment del tipus d'ones, les magnitudscaracterístiques són freqüència (mesurada en Hz ovibracions/segon), longitud d'ona (mesurada enmetres i velocitat de propagació (m/s); relacionadesmitjançant: v = l f .

- La llum es propaga en línia recta, en totes direc-cions, amb una velocitat de 300000 km/s.

- La propagació rectilínia de la llum explica la forma-ció d'ombres i els eclipsis. Quan veiem un objecteés perquè llum procedent d'ell arriba als nostres ullsen línia recta (interpreta el nostre cervell).

- Els diferents colors que veiem es corresponen ambllum de diferent freqüència; hi ha llum que no veiem.

- La llum blanca és una barreja de colors. Amb llumroja, verda i blava (RGB) podem reproduir qualsevolcolor.

- La reflexió de la llum explica el funcionament delsmiralls.

- La refracció de la llum explica el funcionament deles lents.

- El so es propaga a l'aire a 340 m/s; en els líquids isòlids a una més gran velocitat.

- Les diferents notes musicals es corresponen ambsons de diferent freqüència; hi ha sons que la nos-tra oïda no sent.

- Les tres qualitats del so són intensitat, to i timbre.

- La reflexió del so dóna lloc a l'eco.

- El nivell d'un so es mesura en decibels.

- La contaminació acústica i lluminosa (excés de so ide llum) afecta la nostra salut.

llum i so 72 llum i so 73

Resu

m

LLUM I SO

Activ

itats

1

2

3

4

5

6

15

16

17

7

8

9

10

11

12

13

14

18

19

20

21

Transmissiód’energia

són s’originenper

Una perturbació(vibració) inicial

Materials

Electromagnètiques

segonsnecessiten

o nopoden ser

les seuescaracterístiques

són

Freqüència Longitudd’ona

Velocitats depropagació

relacionadesentre ellesper

Mitjà per atransmetre’s

depèn delmedi

Del so an l’aire340 m/s

De la llum en elbuit 300 000 m/s

V = λf

exemples

llum

so

es propaga enlínia recta

ombresEclipsis

No es propaga en línia recta:doblega els cantons

ONES

amplitud (A)

Longitud de onda (λ)

período (T)

1

SonidoAire

Zona de penumbra

Tierra

Luna

Sol

22

23

24

25

26

27

28

Activitats: Exercicisdiversificats amb tresnivells de dificultat mit-jançant els quals podràsreforçar i ampliar el des-envolupament de lesteues competències, imolt especialment l’au-tonomia i iniciativa per-sonal, la competènciamatemàtica i la capaci-tat d’aprendre a apren-dre.

Webs d’interés: Adrecesde la xarxa fàcilmentaccessibles, amb contin-guts lúdics, que et per-metran adquirir compe-tències en el tractamentde la informació digital.

Resum escrit: Síntesi de les idees més importants que s’han desenvolupat a la uni-tat.

Esquema conceptual il·lustrat que et facilitarà l’aprenentatge dels diferents con-tinguts, mitjançant l’establiment de relacions significatives.

TTaalllleerr ii LLaabboorraattoorrii..CCiièènncciiaa ii SSoocciieettaatt

Calor i temperatura40 Calor i temperatura 41

Taller

i la

bo

rato

ri

Ús del calorímetre Introducció

El calorímetre és un recipient amb parets aïllants mitjançant elqual podem realitzar mides precises sobre intercanvis d'energiaen forma de calor.

• A la unitat hem après a calcular la temperatura d'equilibri ques'assoleix si mesclem aigua a diferent temperatura. Imaginaque mesclem quantitats iguals d'aigua (per exemple un got decada), uneixo 20º C i un altre a 30º C. La temperatura de labarreja teòrica serà de 25 º C. Si realitzem l'experiència, mes-clant en un altre recipient les dues quantitats, què creus quesucceirà? Obtindrem el valor teòric? Per què?

• Com podríem millorar les nostres mides en l'experiència ante-rior?

Mètode - Introduir la quantitat mesurada d'aigua freda; tancar el calorí-metre, deixar passar un cert temps i mesurar la temperatura. - Introduir la quantitat mesurada d'aigua calenta; observar compuja el termòmetre i anotar la temperatura quan deixi de pujar:esta serà la temperatura d'equilibri.

• Una vegada sàpigues usar el calorímetre, procedeix a mesclarquantitats diferents d'aigua (mesurades prèviament) i calcula latemperatura d'equilibri teòrica i la mesurada amb el caloríme-tre. Construeix i replena en el teu quadern una taula com l'ad-junta.

Resultat

Producte

Termòmetre Agitador

Materialaïllants

Ciè

ncia

i so

cie

tat

•• Dilatació anòmala de l'aigua:Els glaçons de gel. Floten!

Quasi totes les substàncies es dila-ten (augmenten el seu volum) quanaugmentem la seva temperatura. L'ai-gua és un cas especial; quan escalfemgel i este comença a fondre (açò s'asso-leix als 0º C) si continuem escalfant,l'aigua es contreu (disminueix el seuvolum) fins que s'aconsegueixen els 4ºC; des d'aquí, si continuem escalfant,l'aigua ja es comporta de manera nor-mal i es dilata en augmentar la tempe-ratura.

Així doncs, el volum d'una massa degel és més gran que el volum de lamateixa massa d'aigua líquida a tempe-ratura pròxima als 0º C. Per açò, la den-sitat del gel és més petita que la de l'ai-gua i el gel flota sobre l'aigua.

Este fet anterior té una importànciafonamental per a l'existència de vida enel fons dels llacs i mars. Els llacs i elsmars comencen a congelar per la super-fície i conforme es refreda l'aigua, enarribar als 4º C, s'enfonsa ja que és lamés densa. D’esta forma si hi ha sufi-cient profunditat no es congela el fons.

La dilatació anòmala de l'aiguatambé explica per què hem d'anar encompte quan introduïm recipients ambaigua al congelador del frigorífic; sem-pre cal deixar un cert espai en el reci-pient perquè quan congeli es dilataràl'aigua i trencarà el recipient si no téespai lliure per dilatar.

•• L'efecte hivernacle

L'efecte hivernacle natural és elque permet que el clima del nostre pla-neta sigui benigne. La responsabled’este efecte és l'atmosfera; si no exis-tís l'acció protectora de l'atmosfera (sino existís l'efecte hivernacle natural) latemperatura mitjana de la superfíciedel nostre planeta seria de -18º C; grà-cies a l'efecte hivernacle natural, la

temperatura mitjana de la superfíciedel nostre planeta és de 15º C.

Tots els cossos emeten energia enforma de radiació electromagnètica;segons la seva temperatura la radiacióemesa és, preferentment, d'un tipus od'un altre (ones curtes per als cossosmolt calents i ones llargues per als cos-sos més freds).

El Sol a causa de la seva elevadatemperatura ens envia radiació electro-magnètica en forma d'ones curtes.L'atmosfera és travessada aquest tipusde radiació. Amb esta energia, la Terra

s'escalfa i emet, alhora, radiació electro-magnètica però d'un altre tipus (onesllargues degut a que la seva temperaturaés molt més baixa que la del Sol).

L'atmosfera reté este tipus de radia-ció i la torna parcialment a la Terra.D’esta manera, la Terra augmenta mésla seva temperatura fins aconseguir-seun equilibri prop dels 15º C.

Els principals gasos existents a lanostra atmosfera que possibiliten l'efec-

te hivernacle són, per ordre d'importàn-cia:

- L'aigua H2O - El diòxid de carboni CO2- El metà CH4- L'Ozó O3

- Els òxids de nitrogen

Malgrat tot, l'imparable consum d'e-nergia està modificant el contingut degasos hivernacle a l'atmosfera (bàsica-ment de CO2). L'augment en la concen-tració de CO2 modifica l'efecte hiverna-cle natural produint un canvi en elclima.

Cap al canvi climàtic EFECTES DE LA CALOR

Ampliació

• Si volem ser molt precisos en les nostres mides, hauríem de conèixer una dada del calorímetre que es deno-mina equivalent en aigua. Ja que una part de l'energia s'empra en escalfar el propi calorímetre, l'equivalenten aigua significa la quantitat d'aigua freda que cal sumar a la quantitat mesurada per tenir en compte l'e-fecte del calorímetre. Si coneixes l'equivalent en aigua del calorímetre, torna a calcular la temperatura teò-rica de l'equilibri i compara-la ara amb la mesura.

• Procedir a mesclar mides d'aigua (masses) amb altres substàncies i a mesurar temperatures d'equilibri.

m1 (aigua f) m2 (aigua c.) T1 T2 Te (teòrica ) Te (mesura )

El diòxid de carboni estableix una barrera permeable ala llum però que manté la temperatura

Radiació d’ona curtaRadiació d’ona llarga

Sol

Terra

Els canvis en les glaceres són una manifestació del canvi climàtic.

Taller i Laboratori: Realit-zació d’experiències iconstrucció d’aparellssenzills on pots posar aprova la teua iniciativapersonal i capacitat detreballar els materials.Ciència i societat: Estudide casos que desenvolupa-ran la teua competènciad’inserció social i elconeixement de les rela-cions de la ciència, latècnica i la societat.


1. Moviments: posició i distància ........................................................ 122. Moviments: velocitat i acceleració .................................................. 143. Lleis de Newton.......................................................................... 164. Llei de la gravitació universal ........................................................ 185. Equilibri .................................................................................. 206. Principi d’Arquimedes .................................................................. 22

L E S F O R C E S I L E S S E U E S A P L I C A C I O N S11. Calor i temperatura .................................................................... 302. Energia intercanviada .................................................................. 323. Canvis d'estat ............................................................................ 344. Treball, calor i energia ................................................................ 36

C A L O R I T E M P E R AT U R A 2

1. Les ones: magnituds característiques .............................................. 602. Propietats de les ones ................................................................ 623. Propagació rectilínia de la llum ...................................................... 644. Reflexió i refracció .................................................................... 665. Visió dels colors ........................................................................ 686. El so ...................................................................................... 70

L L U M I S O 41. De què està feta la matèria? ........................................................ 782. Molècules i compostos ................................................................ 803. Formulació .............................................................................. 824. Escales d'observació .................................................................... 84

D E Q U È E S T À F E TA L A M AT È R I A ? 5

1. Fonts d'energia. Potència .............................................................. 442. Obtenció d'energia ...................................................................... 463. Fonts renovables ........................................................................ 484. Fonts no renovables .................................................................... 505. Ciència, energia i societat ............................................................ 52

F O N T S D ’ E N E R G I A3

ÍÍnnddeexx


1. L'energia interna de la terra .......................................................... 922. Manifestacions de l'energia interna .................................................. 943. El moviment dels continents ........................................................ 1004. Teoria de la tectònica de plaques .................................................. 1025. El relleu terrestre ...................................................................... 1046. Les roques endògenes .................................................................. 1067. El relleu de la Comunitat Valenciana. Les roques endògenes.................... 108

E N E R G I A I N T E R N A D E L A T E R R A

1. Les funcions vitals ...................................................................... 1162. Matèria i energia per a la vida ...................................................... 1183. Nutrició autòtrofa i heteròtrofa .................................................... 1204. Respiració ................................................................................ 1225. Nutrició dels organismes autòtrofs .................................................. 1246. Nutrició dels organismes heteròtrofs ................................................ 1267. Aparells digestiu i respiratori ........................................................ 1288. Aparells circulatori i excretor ........................................................ 130

N U T R I C I Ó

1. La funció de relació .................................................................... 1382. Percepció, integració i resposta ...................................................... 1403. Reproducció asexual .................................................................... 1424. Reproducció sexual .................................................................... 1445. La reproducció sexual en animals i plantes ........................................ 1466. Cicles vitals .............................................................................. 148

R E L A C I Ó I R E P R O D U C C I Ó

1. Els éssers vius i el seu entorn ........................................................ 1562. Els ecosistemes ........................................................................ 1583. Biòtops aquàtics i terrestres .......................................................... 1604. La biocenosi: relacions entre éssers vius .......................................... 1625. Les relacions tròfiques ................................................................ 1646. La circulació de la matèria i l'energia .............................................. 166

E L S É S S E R S V I U S I E L S E U E N T O R N

1. Biomes: concepte i tipus .............................................................. 1742. Biomes de climes temperats .......................................................... 1763. Biomes de climes càlids .............................................................. 1784. Biomes aquàtics ........................................................................ 1805. Biomes d'aigua salada .................................................................. 1826. Biomes d'aigua dolça .................................................................. 184

E L S B I O M E S

6

7

8

9

10


L E S F O R C E S I L E S S E U E S A P L I C A C I O N S1

EAVV5124_01 4/7/08 12:27 Página 10

MMOOVVIIMMEENNTTSS:: PPOOSSIICCIIÓÓ II DDIISSTTÀÀNNCCIIAA

MMOOVVIIMMEENNTTSS:: VVEELLOOCCIITTAATT II AACCCCEELLEERRAACCIIÓÓ

LLLLEEIISS DDEE NNEEWWTTOONN

LLLLEEII DDEE LLAA GGRRAAVVIITTAACCIIÓÓ UUNNIIVVEERRSSAALL

EEQQUUIILLIIBBRRII

PPRRIINNCCIIPPII DD’’AARRQQUUIIMMEEDDEESS

RREESSUUMM

AACCTTIIVVIITTAATTSS

TTAALLLLEERR II LLAABBOORRAATTOORRIILLlleeii ddee HHooookkee.. MMoollllss

CCIIÈÈNNCCIIAA II SSOOCCIIEETTAATT

11

22

33

44

55

66

Un dels conceptes més fructífers de la Física és,sens dubte, el concepte de força. El gran IsaacNewton, amb la introducció del concepte i les lleisque l’acompanyen, va permetre explicar la majoriadels fenòmens que observem al voltant nostre: desdels canvis en els moviments, el funcionament delSistema Solar, l’estabilitat de les mega construc-cions, el disseny naval i aeroespacial... qualsevolexplicació d’un fenomen físic, porta associada l’anàlisi de les forces presents! Per què cau la pomade l’arbre? Per què no s’enfonsa el petrolier? Per quèno cau l’edifici? Per què gira la Terra al voltant delSol?... etc. L’objectiu de la present unitat és intro-duir el concepte de força i les lleis que l’acompan-yen, per a començar a familiaritzar-nos amb lesexplicacions més simples de multitud de fenò-mens.

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 11

Les forces i les seues aplicacions12

QUÈ ÉS EL MOVIMENT?

Si observem que un cos canvia de posició segons transcorre eltemps, diem que aquest cos està en moviment. Apareixen així tresaspectes bàsics per a l’estudi del moviment: observador, posició itemps.

El moviment és relatiu, depèn de qui l’observa. El passatgerd’un autobús dirà que el seu seient està en repòs, però per alvianant que observa el pas de l’autobús, el seient està en movi-ment.

Estudi del moviment d’un cos

Per a estudiar qualsevol moviment cal especificar qui és l’obser-vador (millor encara, on es troba, quin és el seu punt de referèn-cia O), com determina l’observador on es troba el cos (quina és laseua posició, S) i com determina l’observador el transcurs deltemps (generalment, amb un rellotge es determina el valor deltemps, t).

La posició en el Sistema Internacional es mesura en metres, i eltemps, en segons. Quan s’indica la posició d’un cos se li assignavalors negatius a les posicions que estan a l’esquerra de l’obser-vador i els valors positius es reserven per a les posicions a la dretade l’observador.

Vegem-ne un exemple per a aclarir el que s’ha dit:

Suposem que un observador O es troba en el quilòmetre 20 dela carretera Madrid-València, descrivint el moviment d’un vehicleque ix de Madrid a les 8 hores.

La taula següent ens dóna la informació del moviment:

1 Moviments: posició i distància

Fig. 1.1 Si quan estàs esperant l’eixida del teutren en una estació observes per la finestreta eldesplaçament d’un tren veí, pots saber si el teutren està en repòs o en moviment?

Madrid

Tarancón

Alarcón

Requena

València

km 20

km 350

Posició:S (km) -20 0 80 130 180 230 280 330

Instant:t (hores) 8 8:30 9:30 10:15 11 11:30 12 13

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 12

La mateixa informació, podria vindre reflectida en una gràficacom la següent:

Aquest tipus de gràfica representa com varia s (la posició) quanvaria t (el temps) i l’anomenarem gràfica s-t. La gràfica ens dónamolta més informació en poder llegir-hi posicions no indicades ala taula.

Coneixerem el moviment d’un cos quan siguem capaços de dir ones troba (posició, s) en cada instant t. Per a això, podem utilitzar lestaules posició-temps (s–t) i alternativament les gràfiques s–t.

El camí seguit per un cos en moure’s (o la línia imaginària quedibuixaria en el sòl un cos mentre es mou) s’anomena trajectòria.En l’exemple, la trajectòria seria la forma de la carretera. Had’advertir-se que la gràfica s-t, no és el camí seguit pel cos (com-para el dibuix del mapa amb la gràfica).

Pot observar-se que:

A les 8 h, la posició del vehicle, per a l’observador O, és -20 km,ja que el vehicle està a Madrid (20 km a l’esquerra d’O).

A les 13 h, el vehicle està a València (a 350 km de Madrid, peròa 330 km d’O).

El temps emprat en anar de Madrid a València és de 5 hores(temps final - temps inicial, 13 h – 8 h = 5 h).

Coneguda la posició d’un cos en cada instant, podem determi-nar la distància recorreguda (d) entre dos instants: en tenim prouamb restar les posicions (posició final - posició inicial) i prendre elvalor absolut. Així, en l’exemple anterior, la distància recorregudaentre les 8 h i les 9:30 h seria de 100 km (80-(-20). La distànciarecorreguda és la mateixa per als dos observadors, doncs per a O’seria (100-0)= 100 km.

Les forces i les seues aplicacions 13

Un observador O, en l’andana d’una estació,veu acostar-se un tren per la seua esquerra.Inicialment (t=0) el tren es troba a 200 md’ell i s’acosta recorrent constantment unadistància de 10 m cada segon. Ompli els buitsde la següent taula:

Construeix la gràfica s-t corresponent almoviment anterior.Calcula la distància recorreguda pel trenentre l’instant 15 i l’instant 30.Descriu amb paraules un possible movimentd’un cos descrit per cert observador O queelabora la gràfica següent S – t. Indica elsignificat dels punts A, B, C i D.

A

B

C

D

Activitats

Posició:s (m) 0 20 200

Instant:t (seg.) 0 5 15 30

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 13

VELOCITATEn l’apartat anterior hem establit que, per a un observador, un

cos està en moviment si aquest observador n’aprecia un canvi enla posició amb el transcurs del temps.

Per a descriure millor com es mou un cos, pot utilitzar-se altramagnitud física: la velocitat.

La velocitat (v) d’un cos s’obté dividint la distància que recorreun cos entre el temps emprat per a recórrer aquesta distància:

La unitat de la velocitat, en el Sistema Internacional, és el

, tot i que és molt comú utilitzar altres unitats, la

més coneguda de les quals és el quilòmetre/hora.

El signe de la velocitat queda determinat pel signe del quocient

;com que el temps transcorregut

sempre té un valor positiu, el signe de la velocitat queda determinatpel signe de la resta posició final – posició inicial. Has de tindre encompte que les posicions a l’esquerra de l’observador les consideremnegatives i les posicions a la dreta les considerem positives.

Podem calcular la velocitat, fins i tot el seu signe, a partir deles posicions final (sf) i inicial (si) i els respectius valors del temps:final (tf) i inicial (ti).

ACCELERACIÓ

Altra magnitud relacionada amb el moviment és l’acceleració.Un cos accelera quan canvia la seua velocitat. D’aquesta manera,el significat de l’acceleració és el canvi de velocitat: com mésràpid canvie la velocitat, més gran serà l’acceleració.

Es pot calcular l’acceleració mitjançant l’expressió:

i la seua unitat en el sistema internacional és m/s2.

posició final - posició inicial

temps transcoorregut

metre

segon (m / s)


2 Moviments: velocitat i acceleració

En Física, la velocitat té una defi-nició rigorosa.En aquest nivell tot i que parlemde velocitat, realment només tin-

drem en compte la rapidesa: d’aquestamanera, per a nosaltres, rapidesa i veloci-tat seran el mateix.Tot i que no s’indique, les velocitats seranvelocitats mitjanes.No entrarem a diferenciar entre el cas a)(moviment rectilini) i el cas b) (movimentcurvilini); ens conformem amb assignar-lisigne negatiu a les posicions a l’esquerra ipositiu a les posicions a la dreta.

12 h 12 h 5 min

200 m 300 mO

12 h 12 h 5 min

200 m 300 m

O

Fig.2.1 En qualsevol de les dues gràfiques, laposició del primer ciclista és —200 m; laposició del segon ciclista és +300 m.

a =vf - v itf - ti

v =sf - sitf - ti

v =d

tΔ

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 14

Per a canviar les unitats en lesquals s’expressa la velocitat,tenint en compte que 1 horaequival a 3600 segons i 1 km =

1000 m, procedim de la següent forma:

Exemple

Un cos passa d’una velocitat de 20 m/s a d’altra de 30 m/s en2 segons; calcula’n l’acceleració.

El resultat ens indica que la velocitat del cos canvia en 5 m/s,cada segon.

L’acceleració més coneguda per tots és la que tenen els cossosen caure al sòl en les proximitats de la superfície terrestre. Enabsència de fregaments, tots els cossos cauen al sòl amb unaacceleració de 9,8 m/s2.

Aquesta acceleració es coneix com a acceleració de la grave-tat, es representa per la lletra g i és comú aproximar-la al valorde 10. Això significa que, en la seua caiguda, la velocitat del cosaugmenta 10 m/s, cada segon.

a =vf - vitf - ti

=30 - 20

2= 5 m / s2

Calcula la velocitat mitjana de cadascun delsset trams de la taula I, així com la velocitatmitjana de tot el recorregut.Expressa el rècord mundial de 100 m, mas-culí i femení, en km/h.Un cos es troba en la posició 5 km, per acert observador en l’instant t= 9 h; el cos esmou amb velocitat de 40 km/h. En quinaposició es trobarà a les 11 h, a) Si es mou capa la dreta de l’observador. b) Si es mou capa l’esquerra de l’observador.

Quant val l’acceleració d’un vehicle capaç depassar de 0 a 100 km/h en 12 segons?

Quina velocitat és més gran, 1 m/s o 1 km/h?

A

B

C

D

E


Utilitzant els valors de la taula, calcula la velocitat que duia l’automòbilentre les 8 h i les 12 h.

Entre les 8 h i les 12 h, és a dir, en quatre hores, el vehicle recorre unadistància de 300 km (280+20) i per tant, durant aquest temps, la seuavelocitat mitjana és:

Fixa’t, la distància és sempre positiva.

Al mateix resultat arribaríem amb l’expressió

Per descomptat, això no vol dir que el vehicle haja anat sempre a 75 km/h.Per exemple, entre les 8:30 i les 9:30 (1 hora) el vehicle ha recorregut 80km, per la qual cosa la seua velocitat en aquest temps és de 80 km/h.

La velocitat mitjana, en realitat, és la que hauria de portar constantmentel vehicle per a recórrer la mateixa distància en el mateix temps. Real-ment el vehicle pot haver anat durant tot el trajecte a diferents veloci-

v =280 -(-20)

12 - 8=

300

4= 75 km /h

v =sf - sitf - ti

v =distància

temps=

300 km

4 h= 75 km/h

Exercici resolt

Posició:s (km) -20 0 80 130 180 230 280 330

Instant:t (hores) 8 8:30 9:30 10:15 11 11:30 12 13

Activitats

72 km / h =72 km

1h•

100 m

1km•

1h

3600 s=

72000 m

3600 s= 20 m / s

40 m / s =40 m

1s••

1km

1000 m•

3600 s

1h=

40 • 36000 km

1000 h= 144 km / h

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 15


PRIMERA LLEI: LLEI DE LA INÈRCIA

Si mirem al voltant nostre, el sentit comú ens fa creure que elscossos es posen en moviment en espentar-los, i que quan deixemd’espentar-los (de fer-los alguna cosa) acaben per aturar-se. Segonsel sentit comú, els cossos tendeixen al repòs (pensa en una pilotaque llancem sobre el sòl).

La llei de la inèrcia, per contra, diu que en deixar d’espentar-lo(en deixar de fer-li alguna cosa), el cos seguirà movent-se igual,indefinidament.

Sembla que això no succeïsca en realitat però el motiu és que toti que deixem d’espentar-lo, n’hi ha més cossos fent-li alguna cosa:el sòl, l’aire, etc. que van frenant-lo fins aturar-lo (fregament). Enabsència de fregaments un cos dotat de certa velocitat seguiràindefinidament en línia recta amb la mateixa velocitat.

La llei de la inèrcia pot enunciar-se de la següent manera:

Tot cos seguirà igual si no se li fa res

La llei de la inèrcia pot comprovar-se fàcilment:

Quan viatgem en un vehicle i frena sobtadament, ens sentimespentats cap a avant. Nosaltres portem la mateixa velocitatque el cotxe i quan frena sabem que els frens li fan alguna cosaal cotxe per la qual cosa, segons la llei de la inèrcia, disminueixla seua velocitat. Com que a nosaltres els frens no ens han fetres, seguim amb la mateixa velocitat que portàvem i per aixòens anem cap a avant.

En les naus espacials o en les sondes llançades per l’home, quanestan lluny de la influència d’altres cossos (en absència de fre-gaments) s’apaguen els motors i continuen movent-se en líniarecta.

Aquesta llei ens proporciona una primera idea del concepte deforça. Una força és tota acció capaç de canviar el moviment d’uncos. Si observem un cos el moviment del qual està canviant, podemafirmar sens dubte que aquest cos està sotmés a l’acció d’unaforça.

SEGONA LLEI: EQUACIÓ FONAMENTAL DE LA DINÀ-MICA

Quan una força actua sobre un cos, aquest canvia el seu movi-ment, això és accelera. La segona llei ens estableix la relació entrela força aplicada a un cos i l’acceleració produïda a aquest cos.Com més gran siga la força aplicada més gran serà l’acceleracióadquirida.

3 Lleis de Newton

Fig.3.1 Isaac Newton

Fig.3.2 Si llancem de la mateixa manera unapilota pel sòl però per diferents superfícies(sorra, gespa, marbre, etc...) la pilota s’aturamés lluny per la superfície que menys frega; sino fregara en absolut (ni amb el sòl ni ambl’aire), la pilota no es detindria mai.

Inèrcia: tendència de tots els cossos a seguircom estan.

Dinàmica: part de la Física que estudia lesforces i la seua relació amb el moviment.

Vocabulari

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 16

Plantegem-nos el problema de què succeeix si li apliquem lamateixa força F a cossos diferents.

Produirà el mateix canvi la força F en els dos cossos?

En el llibre l’efecte de la força F serà menor. Newton introdueixací la magnitud massa.

La massa és una propietat fonamental de cada cos, independentde la seua grandària, i que està relacionada amb quant costa can-viar el seu moviment. Així, que un cos tinga una gran massa signi-fica que costarà molt canviar-li el moviment; la massa és unamesura de la inèrcia del cos. La unitat de massa en el SistemaInternacional és el quilogram.

L’equació que relaciona les tres magnituds, força, massa i acce-leració (modificació de velocitat) és:

F = m • a

La unitat per a mesurar les forces s’anomena Newton i és laforça que li comunica a una massa d’1 kg, una acceleraciód’1m/s2.

La segona llei també s’aplica quan hi actua més d’una força.En aquest cas F significa la força resultant, entenent per tal unaforça única que provoca els mateixos efectes que totes les queestiguen actuant sobre un cos.

TERCERA LLEI: ACCIÓ I REACCIÓ

“Com més fort colpege la paret, més dany em faig”

Un enunciat en aparença tan simple ens serveix per a explicarla tercera llei. Vegem: quan colpege la paret, estic exercint unaforça sobre la paret però qui em fa mal és la paret, ja que la paretexerceix força sobre la meua mà.

Quan un cos exerceix una força sobre altre (la meua mà sobrela paret), aquest altre també exerceix una força sobre el primer (laparet sobre la meua mà). La tercera llei diu que aquestes forces,a més, són iguals i de sentit contrari. Per descomptat, no s’anul·lenperquè actuen en cossos distints.

Les forces sempre apareixen per parelles: una acció, sempreva unida a una reacció.


F

F

2

5

3

2

5

63

3

5

8A

B

C

Fig.3.4. Forces sobre un mateix cos i el seu resul-tant.

Fixa’t

Observa les següents situacions comunes:Imagina que estàs dempeus i vols saltar capamunt. Què has de fer? Espentar (fer força) capavall el sòl!.... i per tant (tercera llei) el sòlt’espenta a tu, amb la mateixa força, capamunt.Imagina que vols començar a córrer (o simple-ment caminar). Què fas? Espentar el sòl cap aarrere… i el sòl és el que t’espenta a tu cap aavant. Tercera llei, acció i reacció! Per si encarano et convences, pensa en un sòl relliscós, perexemple gel, què succeiria en començar acórrer?

A

B

Amb quina força cal espentar un cos de 5 kgper a comunicar-li una acceleració de 2 m/s2?

Quina acceleració adquirirà un cos de 2 kg sili apliquem una força de 4 N?

Quina massa té un cos que en aplicar-li unaforça de 100 N adquireix una acceleració de 2 m/s2?

ActivitatsA

B

C

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 17

EL PES

Si tenim un cos a certa altura i el soltem, cau (varia la seuavelocitat, s’accelera). Per tant, segons la llei de la inèrcia, algunaforça llença d’ell: la Terra atrau tots els cossos.

Tots els cossos en la superfície terrestre cauen al sòl amb lamateixa acceleració, g = 9,8 m/s2 (aproximadament, 10 m/s2).

Per tant, si coneixem la massa (m) d’un cos podem conèixer laforça amb què la Terra l’atrau:

F = m · a = m · g = m · 9,8

Aquesta força s’anomena pes: El pes és la força amb què laTerra atrau els cossos i s’obté multiplicant la seua massa per 9,8.Com que el pes és una força, es mesura en Newtons.

Un Newton és, aproximadament la força que fas per a sostindreen la mà un cos de 100 g (com l’esborrador de la pissarra).

Relació de massa i pes

La massa és una magnitud fonamental, una propietat que tenentots els cossos, independent del lloc en què es troben i es mesuraen quilograms.

El pes és la força amb què la Terra atrau els cossos i es mesura enNewtons.

Una massa d’un quilogram pesa 9,8 N en la Terra, però si aquestamassa d’un quilogram estiguera aïllada lluny de la Terra, no pesariares (ningú no l’atrauria). Aquesta mateixa massa, en la superfícied’altre planeta, tindrà un pes diferent ja que aquest planeta l’atraurà amb altra força, però la massa no canviarà.

El pes d’un mateix cos depèn de quin cos l’atrau.

Mesura del pes. Llei de Hooke

Hooke va trobar que la força F amb què llencem d’un moll i l’allargament, l-lo, que li produïm són proporcionals; la constantde proporcionalitat, k, depèn del moll:

F= k (l-lo)

La llei de Hooke amplia la definició de força.

Força és tota acció que provoca canvis en el moviment delscossos i/o en provoca deformacions.

S’anomena dinamòmetre un moll calibrat, això és, un moll delqual se’n coneix la constant i per tant serveix per a mesurar forces.


Fig. 4.1 Els cossos cauen cap al centre de la Terrala qual cosa significa que “baix” realment vol dir“cap al centre”.

4 Llei de la gravitació universal

Pol Nord

Pol Sud

Fig. 4.2

On és baix per a un habitant del pol Sud?

Cap a on cauen els cossos que ell hi solte?

Fixa’t

A

B

Una massa d’un quilogram pesa enla Terra 9,8 N, però en Júpiterpesaria 24,5 N (2,5 vegades més),

i en la Lluna pesaria 1,6 N (la sisena part).

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 18

El moll de la figura s’allarga 2 cm en llençar d’ellamb una força de 10 N. Cal-cula el valor de la constant iexplica el seu significat.

R: Com que l’allargament és l-lo = 2 cm, apli-cant la llei de Hooke, es té 10 = k · 2; la cons-tant valdrà, per tant, k = 10/2 N/cm, o bé, k = 500 N/m. Això significa que per a allargarun centímetre el moll, necessitem exerciruna força de 5 N (o bé, una de 500 N per aallargar-lo un metre).

Llencem del mateix moll amb una força des-coneguda i aquest s’allarga 4 cm. Quant valaquesta força?

R: Aplicant la llei de Hooke, la força valdràF = 5 · 4 = 20 N

2

1

Funcionament de la balança

La Terra atrau els cossos d’ambdós plats de la balança; quanaquesta atracció és idèntica (el pes és idèntic) la balança està enequilibri.

El pes de la substància desconeguda serà m1 · g i el pes de lespeses col·locades en l’altre plat serà m2 · g. Com que els pesos sónidèntics, també ho són les masses, m1 = m2 és a dir la balançamesura masses comparant pesos.

LLEI DE LA GRAVITACIÓ UNIVERSAL

La caiguda dels cossos li va suggerir a Newton l’existència deforces (forces de gravitació) entre tots els cossos de l’Univers. Lacaiguda dels cossos, els moviments de la Lluna, el moviment apa-rent del Sol són explicats per la llei de gravitació universal.Aquesta llei també explica coses que aparentment no estan rela-cionades, com les marees dels mars i oceans. La causa del movi-ment dels astres és la mateixa que origina el pes.

El moviment de la Lluna al voltant de la Terra o de la Terra alvoltant del Sol són semblants al moviment circular d’una pedra lli-gada a una corda. La força de gravitació, que és sempre forçad’atracció, actua com una corda invisible que obliga a seguir unatrajectòria determinada.

La força resultant d’aquesta atracció entre dos cossos estàdeterminada pel valor de les seues masses (M i m) i per la distàn-cia (d) entre aquestes masses:

on G és una constant universal.

Amb aquesta equació es van poder entendre i calcular les dife-rents òrbites dels planetes al voltant del Sol; fins i tot predir l’existència de nous planetes encara no descoberts indicant ambexactitud on i quan trobar-los en el firmament.


Explica per què quan un vehicle accelera, enssentim espentats cap a arrere.Quant val la força que ha d’actuar sobre unvehicle de 1000 kg, per a fer-li passar de 0a 20 m/s en 10 segons?Un moll mesura 10 cm sense estirar-lo i 15cm en estirar-lo amb una força de 20 N. (a) Calcula la seua constant. (b) Amb quina forçacal estirar per a allargar-lo 2 cm? (c) Quantmesurarà en estirar-lo amb aquesta força?

A

B

C

Activitats

Exercici resolt

Fig. 4.3 La balança mesura masses comparant pesos.

F = GM · m

d2

EAVV5124_01 7/7/08 10:05 Página 19

Per què no cauen les torres?

On situaries el centre de gravetat?AB

La part de la Física que estudia l’equilibri dels cossos, la seuaestabilitat, s’anomena Estàtica, i està basada en l’estudi de lesforces que actuen sobre els cossos.

Un concepte fonamental per a entendre l’estabilitat dels cossosrecolzats és el de centre de gravetat (CG). Cadascun dels trossoso parts d’un cos està sotmés a l’atracció de la Terra, és a dir, té elseu pes; no obstant això, podem considerar el cos reduït a un solpunt on s’aplicaria tot el pes del cos. Aquest punt és el centre degravetat.

Coneguda la posició del centre de gravetat d’un cos, hi ha unaregla senzilla per a saber si, en recolzar-lo sobre alguna cosa, que-darà en equilibri o no: quan la vertical traçada pel centre de gra-vetat del cos caiga dins de la base delsuport, el cos recolzat quedarà en equi-libri (no caurà).

La regla de la vertical que passa pelcentre de gravetat explica per quèpodem construir edificis inclinats sensepor a que caiguen: n‘hi ha prou ambdissenyar-los de manera que el centrede gravetat quede molt baix (molt méspes en la base que en els pisos supe-riors) i així la vertical que passa pel CGtallarà la base de sustentació.

Quan el cos es recolza sobre potes(cas d’una cadira) o sobre rodes (vehi-cles), la base de sustentació és la deli-mitada pels punts de suport.


Equilibri5

Fig.5.1. Edifici de la televisió xinesa per a lesolimpíades de Pequín del 2008. Com podem estarsegurs de la seua estabilitat? Per què no cau?

Fig.5.3.En els cossos que no són homogenis elcentre de gravetat no coincideix amb el centregeomètric.

Fig.5.2. En els cossos homogenis, el centre de gravetat coincideix amb el seucentre geomètric. CG: centre de gravetat.

CG

P P

CG

P

CG

Fixa’t

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 20

Quan un cos està recolzat hi actuen dues forces: el pes P (queés la força d’atracció que exerceix la Terra sobre el cos) i unaforça que el sosté, força que exerceix el suport i que s’anomenanormal, N.

La resultant d’aquestes dues forces és nul·la, val zero, i per aixòel cos roman com estava (llei d’inèrcia).

Ara bé, si pensem que el cos pot tindre una certa grandària, lescoses poden complicar-se. Tot i que les forces siguen iguals i desentit contrari, tot i que la seua resultant siga nul·la, si no estanen la mateixa línia, el cos girarà.

Dues forces iguals, de sentit contrari i diferent línia d’acció,s’anomenen parell de forces. Els parells de forces són els respon-sables de les rotacions dels cossos.

Podem dir que el concepte fonamental de l’estàtica és el d’equilibri. Perquè un cos estiga en equilibri, fan falta dues con-dicions:

Que la resultant de totes les forces que hi actuen siga zero.

Que la resultant dels parells de forces també siga nul·la.

Per què una persona, dempeus, roman esta-ble? Per què si s’inclina cau? Quan comen-çarà a caure?Intenta sostindre un bolígraf en horizontalamb el dit. Explica, quan cau, per què cau, iquan queda en equilibri, per què no cau.

Explica per què el “saltamartí” no cau permés que l’inclines (sempre torna a la seuaposició original).

A

B

C

Activitats


F

F

No confongues equilibri amb repòs.

Un cos pot estar en repòs i no obs-tant això no estar en equilibri (perexemple, quan llancem una pedra

cap amunt, en el punt més alt, la pedra estàen repòs momentàniament, però no està enequilibri).

Fig.5.4. Forces que actuen sobre el llibre

Fig.5.5.Les forces no tenen la mateixa líniad’acció: parell de forces

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 21

La Terra atrau igual els cossos dins que fora de l’aigua, tanma-teix els cossos semblen pesar menys dins de l’aigua.

Si el pes (P) és el mateix dins que fora, l’única raó perquè sem-ble pesar menys és que l’aigua exercisca una força cap amunt (E)sobre el cos; d’aquesta manera, la resultant de les dues forces, Pi E, serà sempre menor que el pes.

Aquesta resultant, P — E, és la força que hauríem de fer per aalçar el cos dins de l’aigua, allò que sembla pesar; s’anomena pesaparent.

Tot cos en l’interior d’un fluid (no fa falta que siga aigua) estàsotmés a una força cap amunt, que s’anomena embranzida (E).

Bé, però per què apareix l’embranzida? Tractem d’entendre-ho:imaginem un fluid totalment en equilibri i delimitem-ne imaginà-riament una zona.

El fluid de la zona imaginària, evidentment pesa i no obstantaixò no cau, està permanentment en equilibri; la raó és que laresta del fluid està exercint sobre aquesta zona imaginària unaforça exactament igual al seu pes (al pes del líquid de la zona).

Si reemplacem el fluid d’aquesta zona imaginària i posem al seulloc un cos idèntic, la resta del fluid (que no hem tocat) seguiràfent el mateix: una força cap amunt. Aquest és l’origen de l’em-branzida.

El volum de fluid desplaçat, coincideix sempre amb el volum delcos introduït dins del fluid.

(Aquesta era la manera de mesurar volums de cossos irregulars:introduir-los en una proveta graduada i observar-hi la pujada denivell).


El principi d’Arquimedes6

CG

P

E

CG

P

E

Fig.6.2. Pes aparent = P — E

Fig.6.1.Tot cos submergit en un líquid experi-menta una embranzida equivalent a allò que pesaun volum equivalent de líquid (Principi d’Arqui-medes).

0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9

N N

P

0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9

N N

P

E

PP– E

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 22

Condicions perquè un cos sure

Experimentalment se sap que l’embranzida depén del volum decos que estiga submergit i de la densitat del fluid en què es trobasubmergit. Això ens permet afirmar que els cossos menys densossuren sobre els més densos.

El concepte d’embranzida ens permet estudiar el problema dela flotació.

Quan un cos s’introdueix en un fluid, estarà sotmés a dues for-ces: l’embranzida del fluid (E), cap amunt, el seu pes P, cap avall.

Depenent de quina siga més gran de les dues, el cos surarà,s’enfonsarà o romandrà en equilibri.

Quan l’embranzida siga més gran que el pes, el cos ascendirà ianirà sobresortint del fluid, disminuint el volum de cos submergit;per tant disminueix també l’embranzida, fins que aquesta sigaigual al pes; en aquest moment el cos romandrà en equilibri ambuna part sobresortint del fluid.

Això és el que succeeix en els vaixells. Quan es carrega un vai-xell que està en equilibri, s’enfonsa un poc i amb això augmental’embranzida fent que novament assolisca l’equilibri.


ActivitatsLa densitat de l’aigua salada és superior a la de l’aigua dolça, on serà més fàcil mantindre’ns en flotació, en el mar o en un riu?El gas ciutat és més dens que l’aire, en quin lloc d’una cuina que utilitze el gas, haurà de col·locar-se una reixeta de ventilació,la missió de la qual és deixar eixir una possible fuita de gas?

AB

Fig.6.3. L’oli sura sobre l’aigua perquè ésmenys dens que aquesta

L’aire calent s’eleva sobre el fredperquè és menys dens que aquest;aquest fenomen explica en part lacirculació de les masses d’aire.

Practica a casa

Si deixes en l’aigua la bola massissa de plas-tilina, observaràs com s’enfonsa (la plasti-lina és més densa que l’aigua); però si latreus i modeles amb tota ella un bol i eldiposites amb cura en l’aigua, la mateixaplastilina que abans s’enfonsava, ara sura.

Exercici resoltSi el ferro és més dens que l’aigua, per què suren els grans transatlàntics

que estan fets d’acer?R: Els grans transatlàntics o els enormes vaixells que transporten merca-

deries estan fabricats d’acer, la densitat del qual és molt més gran que lade l’aigua. Suren perquè estan buits per dins, de manera que el volum sub-mergit és enorme, la qual cosa origina una gran embranzida que els permetsurar; si foren compactes s’enfonsarien.

Fig.6.4.

Fig.6.5. La plastilina pot surar.

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 23

MOVIMENTS

• Tots són relatius a un Sistema de Referència (S.R.).

• Les principals magnituds implicades són:

- Posició (s): es mesura en metres i pot ser positivao negativa.

- Distància (d): es mesura en metres i és semprepositiva.

- Velocitat (v = Δs/Δt): es mesura en m/s i pot serpositiva o negativa.

- Acceleració (a = Δv/Δt): es mesura en m/s2 i pot serpositiva o negativa.

FORCES

• És tota acció capaç de canviar el moviment d’un cosi/o deformar-lo.

• Es mesuren amb ajuda del dinamòmetre (Llei deHooke F = k · (l-lo), en Newton.

• Es regeixen per les tres lleis de Newton de la Dinà-mica:

- Llei de la inèrcia.

- Equació fonamental de la Dinàmica: F = m · a.

- Principi d’acció i reacció.

• Una de les forces fonamentals de l’Univers és laforça de la Gravetat, descrita per la llei de Newtonde la Gravitació Universal:

que permet explicar el Pes: p = m · g, i entendre elfuncionament del sistema solar.

• En absència de moviment, estudiem l’Estàtica i lescondicions per a l’equilibri:

- Resultant nul·la de totes les forces.

- Resultant nul·la de tots els parells de forces.

• L’equilibri a l’interior dels fluids l’entenem amb elprincipi d’Arquimedes.

- Flotació: Pes = Embranzida


Resu

mLES FORCES I LES SEUES APLICACIONS

F = G Mm/d2

Sistema de Referència

Movimentmagnituds

i unitats

Posiciós (m) Velocitat

v=Δs / Δt(m/s)

Acceleracióa =ΔV / Δt

(m/s)2

Distànciad(m)

ForcesCanvis enel moviment

Deformacions

Newton

Lleis de Newtonde la Dinàmica

Acció ireaccióFórmula fonamental

de la Dinàmica

Llei d’inèrcia

és relatiu VerifiquenEs mesuren en

Són lesresponsables de

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 24

Dibuixa la gràfica posició - temps d’un ciclista quepren la línia d’arribada, a 500 m de la meta, ambvelocitat constant de 20 m/s. Quant tarda en arribara la meta?

Calcula la velocitat mitjana del trajecte total, Madrid-València (350 km) d’un vehicle que ha eixit a les 8 hde Madrid, ha parat a descansar en el km 200 a les10 h 30 min durant 30 min i arriba a València a les13 h. Quina és la velocitat mitjana de la primerapart? I la de la 2a part?

Un avió la velocitat de creuer mitjana del qual és de500 km/h, ix de Madrid a les 10 h. Calcula l’hora a laqual arribarà a València (350 km de distància).

Qui accelera més, una moto que passa de 0 a 30m/s en 8 segons o un cotxe que passa de 10 m/s a30 m/s en 5 segons?

Vertader o fals? Un vehicle espacial, fora de l’atmos-fera (sense fregaments) no necessita cap motor pera desplaçar-se.

Calcula l’acceleració màxima que pot donar-li a uncos de 500 kg una força de 2000 N. Per què diemmàxima?

És veritat que la Terra atrau el Sol? En què bases lateua contestació?

Quant pesa una bicicleta de 14 kg?

Quant s’allargarà un moll de constant 50 N/m si lipengem un cos de 100 g de massa?


Activ

itats

Pot construir-se un edifici “inclinat” de manera queestiga en equilibri? Què haurà de complir-se?

Per què sura l’oli sobre l’aigua? Quin principi hoexplica?

Quant tardarà un vehicle de 1000 kg, que sembladel repòs, en arribar a una velocitat de 100 km/h sihi actua una força de 3 000 N? I si a més hi actuarauna força de fregament de 100 N?

Calcula el valor de la força amb què el Sol (Ms = 2 · 1030 kg) atrau la Terra (Mt = 6 ·1024 kg)situada a 150 milions de km.

Des del poble A ix un vehicle amb velocitat constantde 36 km/h en direcció cap a altre poble B situat a54 km de distància. Al mateix temps ix des de B unvehicle cap a A, amb velocitat constant de 18 km/h.Dibuixa, en un mateix gràfic posició-temps, el movi-ment d’ambdós vehicles prenent el poble A com asistema de referència. En quin punt i en quinmoment es creuaran?

Sobre un cos de massa 2 kg hi actua una força de10 N. Quina acceleració li comunica?

Si una força de l’exercici anterior actua durant 3segons, quina velocitat adquiriria?

Un cotxe de massa 900 kg circula amb una velocitatde 10 m/s. Accelera i en 5 segons aconsegueixassolir una velocitat de 15 m/s. Quina n’ha estatl’acceleració?

Quina força ha exercit el motor del cotxe de l’exer-cici anterior?

Una força de 3000 N actua sobre un cos de massa1200 Kg. Calcular:

a) l’acceleració que adquirirà.b) la velocitat que portarà si la força ha actuat

durant 10 s.

Representa la gràfica acceleració-temps i velocitat-temps de l’exercici anterior.

1

2

3

4

5

6

13

14

15

16

17

18

19

20

7

8

9

10

11

12

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 25

L’objectiu d’aquesta experiència és comprovar que els molls segueixen la llei deHooke, això és: “que la força amb què s’estira un moll és directament proporcional a l’a-llargament produït”. Una vegada comprovada, utilitzar el moll com una balança.

Per a poder comprovar la nostra hipòtesi inicial, hem de mesurar forces i allargaments:

• Els allargaments els mesurarem amb un regle.

• Les forces: Com hem estudiat en la lliçó, penjar d’un moll certa massa equival a llen-çar d’ell amb una força equivalent al pes, això és P = mg, de manera que la força vin-drà donada per la massa que posem en els plats.

• Per cada massa que col·loquem en els plats, realitzarem tres mesures de l’allarga-ment i traurem la mitjana, per a minimitzar errors.

• Utilitzarem almenys 5 masses diferents.

• Omplirem la taula adjunta:

• A partir de l’experiència, omplirem al quadern una taula com la següent:

• Una vegada determinada la constant del moll, hi penjarem una massa desconeguda i podrem trobar-ne elvalor, mesurant l’allargament.

F (N) Allarg (m) k = F/A


Taller

i la

bo

rato

riLlei de Hooke. Molls

Massa (g) Allarg (1)(cm) Allarg (2)(cm) Allarg (3)(cm) Allargament (cm)terme mitjà

Taula 1

Taula 2

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 26

D’allò més lent fins allò més ràpid: velocitats comunes (aproximades) de cossos coneguts en diferents unitats.

Quan es frena un vehicle, quina distància es recorre abans d’atu-rar-se?La distància recorreguda implica la distància de frenat (Df) que ésla distància recorreguda pel vehicle mentre la seua velocitat dismi-nueix, és a dir a partir del moment en què el conductor estreny elpedal del fre.Però a aquesta distància cal afegir-li la distància recorreguda en ellapse de temps necessari perquè el conductor reaccione davant elproblema i estrenya el fre, distància que es recorre a la velocitatque porta el vehicle, i que és la distància de reacció (Dr).Per això la distància fins aturar-se (Dp) d’un vehicle és la sumad’aquestes dues distàncies: Dp = Dr + Df.Per a evitar l’obstacle la distància de separació inicial entre elvehicle i l’obstacle ha de ser superior a Dp.La gràfica mostra alguns valors en cas de temps assolellat i en cas de pluja.La situació és molt més greu en el cas que el vehicle siga una moto. No és fàcil frenar a fons una moto, sobretot encas de situació conflictiva. Les investigacions mostren que la major part dels motoristes són incapaços d’utilitzar totel potencial de frenat de la seua moto ja que és una tasca complexa.Frenar una moto no es pot comparat a frenar un cotxe, que només exigeix estrènyer a fons el pedal, el resultat és quesolament s’aprofita el 56% del potencial de frenat de la moto. Aquesta dada s’ha de tindre en compte per a conduiramb la precaució deguda.


Ciè

ncia

i So

cie

tat

SITUACIONS DE LA VIDA REAL

Velocitats comunes

La importància de frenar a temps

- Caragol 1 m/h 0,00027 m/s

- Formiga 36 m/h 1cm/s

- Bicicleta 30 km/h 8,3 m/s

- Automòbil 100 km/h 27,7 m/s

- Tren (AVE) 300 km/h 83,3 m/s

- Falcó 400 km/h 111,1 m/s

- Avió 600 km/h 166,6 m/s

- So 1224 km/h 340 m/s

- Terra al voltant del Sol 107 600 km/h 29 888 m/s

- Llum (Màxima velocitat) 1 080 000 000 km/h 300 000 000 m/s

200

150

100

50

Velocitat (km/h)

Frenada

Reacció

30 50 90

EAVV5124_01 4/7/08 12:28 Página 27

ciències de la natura - · pdf file... informació o qualsevol altre...

Documents