Embed Size (px)
Citation preview
4
eso
Coordinador: Mariano García GregorioAgustí Candel Rosell / Juan B. Soler Llopis / Juanjo Tent Fons
Física iQuímica
COMUNITAT
VALENCIANA
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 3
© ÉS PROPIETAT
Agustí Candel Rosell
Juan B. Soler Llopis
Juan José Tent Fons
Mariano García Gregorio
Editorial ECIR
Il•lustracions:
Salvador Ferrando Istockphoto
Antonio Corts Fotolia
Clueca Firofoto
Pedro Jiménez Autors
Kino Garrido Arxiu fotogràfic Ecir
Disseny portada:
Valverde Iborra
Dipòsit legal: V-3240-2008
I.S.B.N.: 978-84-9826-395-4
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 05Correu electrònic: [email protected] - http://www.ecir.com
Qualsevol forma de reproducció, distribució, comunicació pública o transformació d’aquesta obra només pot ser realitzadaamb l’autorització dels seus titulars, llevat les excepcions previstes per la llei.Adreceu-vos a CEDRO (Centre Espanyol de DretsReprogràfics,www.cedro.org) si necessiteu fotocopiar o escanejar algun fragment d’aquesta obra.
4
eso
Físi
ca i
Quí
mic
a
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 4
A les/els alumnes:
Aquest any termina per a vosaltres l’Educació Secundària Obligatòria.Després, alguns de vosaltres decidireu estudiar el Batxillerat, altresoptareu per cursar un Mòdul de Formació Professional i la resta decidiràcomençar la seua vida laboral. Siga quina siga l’opció per la qual vosdecanteu, la informació continguda en aquest llibre i els mètodes detreball que seguirem en aquesta assignatura vos seran de gran utilitat.
El paràgraf anterior pot sonar a falsa propaganda. Però no ho és. LaFísica i la Química estan profundament arrelades en la nostra vidaquotidiana i per a desenvolupar-nos-hi amb èxit necessitem saber usar elsproductes de neteja, desxifrar els prospectes dels medicaments, conduirun vehicle, fer servir un microones, etc. Tot això ho fan moltes personesque no tenen cap coneixement de Física i Química, però les persones quesi que en tenen, ho fan millor. Tot i que només fóra per això, tindríem unaraó per a interessar-nos per l’assignatura.
Però tenim raons més importants per a interessar-nos per aquestesdisciplines tot i que les nostres metes acadèmiques i vitals no guardenrelació directa amb el seu contingut. Siga el que siga allò a què pensemdedicar-nos en el futur, la comprensió i la utilització del mètode científicevitaran que cometem errors greus en la nostra apreciació de concepcionsfantasioses del món, en la planificació i organització del nostre treball, enla presa de decicions davant cursos d’acció alternatius...
Per als autors d’aquest llibre, tanmateix, tot i que les raons anteriorssón valuoses, les més importants són que la Física i la Química enspermeten comprendre el funcionament de l’Univers, tant des del punt devista microscòpic com des del punt de vista macroscòpic, i l’entusiasmeque sentim per la comprensió del món natural és allò que vos volemtransmetre. Tot i que puga resultar-vos estrany, desxifrar els enigmes delcosmos ha constituït la font de plaer més gran per a algunes de les mentsmés privilegiades que han existit al llarg de la història, i creiem que lesvostres vides seran més plenes si podeu compartir aquestos plaers del’intel·lecte. Aquesta és la nostra principal ambició i el nostre repte.
presentació
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 5
DDeesseennvvoolluuppaammeennttddee llaa UUnniittaatt
PPrreesseennttaacciióó ddee llaaUUnniittaatt
Text que has de treballar i aprendre per desenvolupar totes les competències quees consideren desitjables per als xics i xiques de la teua edat.
Fixa't: Activitat relacionada amb la interpretació d'una fotografia, taula o dibuixque has d'explicar. Desenvoluparàs així, entre unes altres, la teua competènciamatemàtica i aprendràs a aprendre, de forma més autònoma.
Document d’ampliació: Contingut relacionat amb el text que et servirà per poten-ciar l'adquisició de coneixements i la interacció amb el món físic.
Vocabulari: Definició determes tècnics o poccorrents que incrementaràla teua competència encomunicació lingüística.
Practica a casa: Experimentssenzills, molt demostratiusrealitzats amb reactius inno-cus que afavoriran la teuacompetència per interac-tuar amb la matèria.
Exercici resolt: Activitatstotalment desenvolupadesque t'ajudaran a afavorir lateua competència mate-màtica.
Activitats: Treballs de “lla-pis i paper” que resumeixenl'estudiat en les dues pàgi-nes que observes.
E L M È T O D E C I E N T Í F I C1EELL MMÈÈTTOODDEE CCIIEENNTTÍÍFFIICC
LLAA MMEESSUURRAA
CCAANNVVIISS DD''UUNNIITTAATTSS.. EERRRROORRSS
RREESSUUMM
AACCTTIIVVIITTAATTSS
TTAALLLLEERR II LLAABBOORRAATTOORRII Estudi del període d'un pèndol simple
CCIIÈÈNNCCIIAA II SSOOCCIIEETTAATT
Què ens espera encara del GPS?
11
22
33
En la nostra societat, si volem tindre un mínim con-trol sobre el que ens afecta, si volem tindre opinionsfundades sobre els grans temes que ens preocupen(canvi climàtic, estalvi energètic, el problema de l'ai-gua, clonació...) necessàriament hem d'aprendre unpoc de Ciència. El nostre món és com és, en part, pel progrés cientí-fic i si volem arribar a entendre’l una mica, no podemser “analfabets” científics. Aquest és un dels princi-pals objectius de l'ensenyament de les ciències – i enconcret de la Física i Química: l'alfabetització cientí-fica. No es tracta que sigues un científic, ni tan solsque les ciències siguen el que més t'agrade, però ésimprescindible per a la teua formació com a personaque conegues què és això que denominem Ciència, laseua manera de treballar, els seus principals assoli-ments i certes bases (lleis) científiques. En aquesta unitat et presentem les característiquesd'aquesta manera d'assolir coneixements: el mètodecientífic. No és l'única manera d‘assolir coneixements,però és la que tenen els científics perquè considerenque és la millor per als seus objectius.
Dinàmica i estàtica 61Dinàmica i estàtica60
El tercer aspecte de les forces que estudiarem és per què i comes causen les deformacions.
Tot i que la força siga la mateixa en els dos casos que il·lustrala fig. 5.1, l'efecte produït no és el mateix. La raó és que en el casdel ganivet tota la força s'exerceix amb el seu fil, que té unasuperfície molt menor que la del dit.
CONCEPTE DE PRESSIÓ
L’efecte deformador de les forces depèn no solament de quantvalga la força, sinó també de la superfície sobre la qual actua.Quant mès gran siga aquesta superfície, menor serà l’ efecte defor-mador.
L'efecte deformador de les forces es mesura calculant la pres-sió. Com més gran és la pressió exercida per les forces, més granés el seu efecte deformador.
La pressió es defineix com la força aplicada per unitat de
superfície: . La seua unitat en el Sistema Internacional és el
Pascal, equivalent a 1 Newton/m2.
Quan exercim una pressió externa sobre un fluid, aquesta pres-sió es transmet íntegrament a tots els punts del fluid. Aquest fetes coneix com Principi de Pascal i és la base de la premsa hidràu-lica:
Si apliquem una força F1 sobre una superfície S1 (això és, unapressió P1), aquesta pressió es transmetrà íntegra pel fluid (P1 = P2)a l'altra superfície S2 exercint una força F2, verificant-se
(fig. 5.3). Si S1 és molt menor que S2, amb una xicoteta
força F1 exercirem una gran força F2 en l'altre èmbol.
F
S
F
S1
1
2
2=
PFS
=
PRESSIÓ A L'INTERIOR D'UN FLUID
L'experiment anterior posa de manifest que el fluid exerceix sobrela làmina col·locada al seu interior una força (F) en qualsevol direc-ció. Com que la làmina té superfície, podem afirmar que tot cos a l'in-terior d'un fluid està sotmès a certa pressió (P), a la qual també estansotmeses les parets del recipient.
Per a calcular aquesta pressió ampliem l'experiment anterior.
Introduïm amb molta cura líquid idèntic al del recipient per l'ex-trem superior del tub.
La làmina es desprendrà quan l'altura del líquid a l'interior del tubcoincidisca amb la de la superfície lliure del líquid. (Fig. 5.5)
Aquesta comprovació ens permet afirmar que la força que fa ellíquid sobre la làmina és igual al pes del líquid existent sobre lalàmina.
Si S és la superfície del tub, h l'altura fins la superfície lliure,m la massa del líquid i d la seua densitat, resulta:
Aquesta expressió constitueix l'equació fonamental de la hidros-tàtica, i ens permet calcular la pressió a què està sotmès tot cossituat a certa profunditat a l'interior d'un fluid.
PFS
m gS
d V gS
d S h gS
d g h= = = = = · · · · · ·· ·
5 Efecte deformador de les forces: pressió
Un pascal és molta o poca pres-sió?
Per a fer-nos una idea, una perso-na de 50 kg pesa uns 500 N i exer-
ceix aquesta força sobre la superfície enquè es recolza la persona, els seus peus;estimant un peu com un rectangle de 25 cm x 10 cm = 250 cm2 = 0,025 m2
La pressió que exerceix aquesta persona sobreel terra serà de 500 / 0,05 = 10000 Pascals.
Fig. 5.2 Si pressionem l'èmbol exercint forçasobre ell, la pressió exercida es transmet íntegra-ment a tots els punts del líquid de l'interior delmatràs; el líquid eixirà amb la mateixa velocitatper tots els forats.
Èmbol
V
V
V
V
V
V
F1
F2
Cospesat
Èmbol
ÉmbolP1
S1 S2
P2
Practica a casa
1 2 3
4
Retallem una làmina d'alumini. Si deixem caure la làmina d'alumini en l'ai-gua, observarem que s'enfonsa. Si disposem d'un tub obert pels dos cos-tats i posem la làmina en un costat i introduïm amb cura el conjunt enl'aigua i soltem la làmina, observarem que, sigua quina sigua la posició dela làmina, amb el tub a l'interior de l'aigua, la làmina no s'enfonsa ni esdesprèn del tub.
Fig. 5.4
Si hagueres de penetrar en la superfícied'un llac gelat, com ho faries, dempeus oarrossegant-te tombat? Per què?
Un elevador té un èmbol 20 vegades mésgran que l'altre. Quin pes es pot elevar sis'exerceix una força de 100 N en l'èmbolmenor?
Una presa de contenció emmagatzema aiguafins a una altura de 100 m. Quina forçasuporta 1 m2 de la base d'aquesta presa?
A
B
C
Activitats
Fig. 5.3
A
B
Fig. 5.1 Exercint la mateixa força s'aconsegueix tallar el pa més fàcilmentamb un ganivet.
Fig. 5.5 Quan l'altura del líquid a l'interior del tubcoincideix amb la superfície lliure, la làmina esdesprèn.
PRINCIPI DELS VASOSCOMUNICANTS Si tenim diversos recipientscomunicats i aboquem dins d'ells
un líquid, l'altura del líquid serà la mateixaen tots els recipients.
Fig. 5.6 Principi dels vasos comunicants.
Títol de la unitat
Introducció, idees bàsiques
Fotografia relativa al tema
Índex de tots els contingutsdel tema
CCoomm eessttuuddiiaarr FFííssiiccaa ii QQuuíímmiiccaa
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 6
RReessuumm ii AAccttiivviittaattss
Dinàmica i estàtica 65Dinàmica i estàtica64
Activ
itats
Escriu la definició completa de força i la seua unitatde mesura en el SI .
Per a allargar un moll 4 cm hem d’estirar d'ell ambuna força de 20 N. Amb quina força hem d’estirar pera allargar-lo 6 cm? Quant val la constant d'aquestmoll?
Quina massa té un cos si accelera amb a = 2 m/s2 enaplicar-li una força de 200 N? Quina seria la teua res-posta si existira, a més, una força de fregament de 10N?
Justifica si les afirmacions següents són vertaderes ofalses:
– Si un cos es mou, algú l’està espentant.
– Un cos no es mou si sobre ell no actua unaforça.
– Com que la Terra és molt més gran que jo, m'atrauamb més força que jo a ella, per això jo caic contraella.
Explica quin és l'error del raonament següent. La llei dela inèrcia és falsa perquè afirma que si a un cos no seli fa res, continua en el mateix estat. Però si això fóracert, llavors si paràrem el motor d'un vehicle que va acerta velocitat, aquest vehicle continuaria a la mateixavelocitat, la qual cosa és evidentment fals. Per tant, lallei de la inèrcia és falsa.
Podries explicar la causa per la qual no frena igual unvehicle en sec que en banyat?
Podries explicar per què un tros de ferro s'enfonsa enl'aigua i en canvi sura sobre mercuri?
Si un cos de 2 kg de massa pateix una empenta de10 N en submergir-lo en aigua, amb quina accelera-ció s'enfonsarà?
L'èmbol menut d'un elevador hidràulic té una superfíciede 3 cm2. Si volem alçar un cos de 100 kg exercintnomés una força de 100 N, quina superfície haurà detindre l'èmbol gran?
Els faquirs suporten sobre ells pesos en una taularepleta de claus. Podrien suportar els mateixos pesossi el nombre de claus fóra molt reduït? Per què?
Calcula en Pascals la pressió equivalent a 100 mmd’Hg.
Calcula en atmosferes la pressió aproximada queexerceixes sobre el terra.
A quina profunditat hauries de descendir en l'aiguaperquè la pressió que suportes siga de 2 atmosfe-res?
Calcula la força que suporta 1 cm2 del teu cap acausa de l'atmosfera.
Calcula i dibuixa la resultant del sistema de forcesde la figura.
Un moll mesura 20 cm en penjar-lo lliurement; si se lipenja un cos de 2 kg, mesura 25 cm. Quant mesura-rà en penjar-li un cos de 4 kg?
Un cotxe de 1200 kg recorre 50 metres en 5 segonspartint del repòs i accelerant constantment. Supo-sant que existeix una força de fregament de 1000 Namb el terra, calcula la força constant exercida pelmotor.
Et trobes a l'interior d'un cotxe amb les finestretestancades. El cotxe cau en un llac i s'enfonsa a certaprofunditat, intentes obrir la porta per a eixir i no pots.Explica per què no pots i què has de fer per a podereixir.
Per a mesurar la pressió dels pneumàtics en lesgasolineres se sol utilitzar com unitat el kg/cm2. Indi-ca quin error es comet i calcula a quants Pascalsequival aquesta unitat.
Calcula la força que suporta 1 cm2 de la paret d'unapresa situat a 50 m de profunditat.
Demostra amb l'ajuda de les tres lleis de Newton quetots els cossos en les proximitats de la superfície de laTerra han de caure amb la mateixa acceleració.
Construïm una caixa cúbica buida d’1m de costatamb làmines d'acer de densitat 8000 kg/m3 i d’1 mmd'espessor. Quina massa podria contindre aquestacaixa sense arribar a enfonsar-se en l'aigua?
Un submarí es troba enfonsat a 100 m de profunditat.Quina força caldria fer per obrir la seua escotilla cir-cular de 40 cm de radi i pes de 100 N?
Calcula l'acceleració amb què s'enfonsarà un cos de2 kg i de 7000 kg/m3 de densitat si es deixa sobre l'ai-gua de densitat 1000 kg/m3.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
DINÀMICA I ESTÀTICA
Causa dels canvisen el moviment
FORÇA
Cossos recolzats(Pes P Normal N)
Cossos deslligant(Fregaments)
FLOTACIÓ(Principi d'Arquimedes)
Pressió Atmosfèrica
1a Llei d'Inèrcia Velocitatconstant si ΣF = 0
2a Equació FonamentalΣF = m a
3ª Acció i ReaccióFAB = —FBA
EQUILIBRI1) ΣF = 02) Mateixa línia d'aplicació
Efecte deformadorPressió P = F/S
Equació fonamental dela Hidrostàtica P = d g h
Principi PascalF1S1
=F2S2
Causa de les deformacionsdels cossos
Exemple
Problemes Típics
Lleis
Les forces són les responsables de
• Els canvis en el moviment.
• Les deformacions dels cossos.
Els canvis en el moviment segueixen les tres lleis de Newton:
• Primera Llei (Llei d'inèrcia): Tot cos persevera en el seu estat de moviment si no hi ha cap força que actue sobreell.
• Segona llei (Equació fonamental de la dinàmica): La força és proporcional a l'acceleració produïda: F = m a
• Tercera llei (Acció i reacció): Quan un cos exerceix una força F (acció) sobre altre cos, aquest altre cos exerceixsimultàniament altra força F’ (reacció) sobre el primer. Les forces F i F’ tenen sentits contraris, però el mateix valor:F = —F’
Perquè un cos extens estiga en equilibri, a més de ser nul·la la resultant, –F, les forces han de tindre una mateixalínia d'acció.
L'efecte deformador de les forces depèn de la superfície sobre la qual actua. Com més gran siga aquesta superfí-cie, menor serà l'efecte deformador. Concepte de pressió, P = F/S
Principi de Pascal: Quan exercim una pressió externa sobre un fluid, aquesta pressió es transmet íntegrament atots els punts del fluid; el quocient F/S és constant.
Equació fonamental de la hidrostàtica: la pressió a què està sotmès un cos situat a certa profunditat a l'interior d'unfluid depèn de la profunditat i de la densitat del líquid: P = d g h.
Principi d'Arquimedes tot cos submergit en un fluid experimenta una empenta, vertical i cap amunt, igual al pes delfluid desplaçat.
L'atmosfera és un fluid i exerceix una pressió: pressió atmosfèrica.
Resu
m
9N2N
5N
8N Activitats: Exercicis diversi-ficats amb tres nivells dedificultat mitjançant elsquals podràs reforçar iampliar el desenvolupamentde les teues competències,i molt especialment la teuaautonomia i iniciativa per-sonal, la teua competènciamatemàtica i la teua capa-citat d'aprendre a apren-dre.
Esquema conceptual il·lustrat que et facilitarà l'aprenentatge dels diferents con-tinguts, mitjançant l'establiment de relacions significatives.
Resum escrit: Síntesi de les idees més importants que s'han desenvolupat a la uni-tat.
TTaalllleerr ii LLaabboorraattoorrii..CCiièènncciiaa ii SSoocciieettaatt
Química del Carboni182 Química del Carboni 183
1. DETERMINACIÓ DEL PUNT D'EBULLICIÓ DE L’ETANOL
Material:
• vas de precipitats 100 mL
• trípode, tela metàl·lica i encenedor
• termòmetre
• proveta.
Substàncies necessàries: Etanol.
Procediment:
– Col·locar 90 mL d’etanol en el vas de precipitats.
– Col·locar el vas sobre la tela recolzada en el trípode,llegir la temperatura i anotar-la.
– Encendre l'encenedor i enregistrar la temperaturacada 30 segons. No retirar el termòmetre del líquid.
– Interrompre l'escalfament quan registre 5 vegades elmateix valor. Aquesta lectura ens dóna la temperaturad'ebullició de l’etanol en les condicions del laboratori.
– En un parell d'eixos cartesians representar la tempe-ratura en funció del temps amb les dades obtingudes.
– Comparar amb les dades obtingudes per un altreequip de treball.
– Deduir conclusions.
2. CROMATOGRAFIA. SEPARACIÓ DELS COMPONENTS D'UNA TINTA
La cromatografia és un mètode de separació de subs-tàncies basat en les propietats físiques de les substàn-cies a separar. Existeixen diversos tipus de cromatogra-fia però totes tenen una fase fixa i una fase mòbil quesón les que amb les seues propietats fan que les subs-tàncies se separen.
Material:
– Paper porós com el paper de filtre (pot utilitzar-se eld'una cafetera).
– Retoladors de diferents colors.
– Vas de precipitats.
– Vareta de vidre (pot utilitzar-se un llapis).
– Alcohol.
Procediment:
– Retallar el paper en forma de tira més llarga que l'altdel got.
– Marcar intensament un punt amb el retolador.
– Enrotllar un extrem en la vareta de vidre, subjectar-loamb cinta adhesiva, de manera que l'altre extremtoque el fons del got.
– Abocar alcohol en el fons del got sense que arribe ala taca del retolador.
– Repetir amb un o diversos retoladors d'altres colors.
Caracterització de substàncies
Taller
i la
bo
rato
ri
1.1 Per què diem que el valor repetit diverses vegades en la mesura de la temperatura és el valor de la tem-peratura d'ebullició?
1.2 Influeix en alguna cosa que l'encenedor funcione al màxim permès?
2.1 Què pot observar-se en el paper al cap d'un cert temps?
2.2 En marcar el punt amb retolador de diferents colors, donen el mateix resultat?
Qü
esti
on
s
Ciè
ncia
i so
cie
tat
EL CARBONI
El seu origen. Nucleosíntesi del carboni Les estrelles són esferes de gas
que produeixen enormes quantitatsd'energia mitjançant reaccions defusió nuclear.
Una reacció de fusió nuclear esprodueix de la següent forma:
Dos nuclis lleugers A i B s'aproxi-men a causa de la seua elevada ener-gia cinètica originada per l'alta tem-peratura, superant-se la repulsióelèctrica; es fusionen i es forma unnou nucli C, alliberant-se energia imoltes vegades una o diverses partí-cules (D)
En les estrelles el procés que esprodueix és la síntesi d'heli a partird'hidrogen. Prenent com a exemplel'estrella més pròxima, el Sol, cadasegon 600 milions de tones d'hidro-gen es transformen en heli. Aquestatransformació s'està produint des defa 4500 milions d'anys i es calculaque queda hidrogen per a un altreperíode semblant.
A mesura que augmenta la massadels nuclis que interaccionen mésdifícil és el procés, ja que la repulsióelèctrica augmenta amb la càrreganuclear i a major massa, general-ment, major càrrega nuclear.
Hi ha diferents etapes. Una sínte-si “primordial” consistent en la for-mació d'hidrogen, l'element méslleuger, que després donarà lloc al'heli. Aquest procés es produeix enels tres primers minuts després delBig Bang.
El procés es deté ací, i serà en elnucli de les estrelles i de les superno-ves on hi haurà una segona síntesique donarà lloc a elements més
Vareta de vidre Paper porós
AlcoholTaquesde retolador
Temps
Temperatura
A B
C
D
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Rf
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
Sc
Y
Ti
Zr
Hf
La
Ac
V
Nb
Ta
Ce
Th
Cr
Mo
W
Pr
Pa
Mn
Tc
Re
Nd
U
Fe
Ru
Os
Pm
Np
Co
Rh
Ir
Sm
Pu
Ni
Pd
Pt
Eu
Am
Cu
Ag
Au
Gd
Cm
Zn
Cd
Hg
Tb
Bk
B
Al
Ga
In
Ti
Dy
Cf
C
Si
Ge
Sn
Pb
Ho
Es
N
P
As
Sb
Bi
Er
Fm
O
S
Se
Te
Po
Tm
Md
F
Cl
Br
I
At
Yb
No
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Lu
Lr
Big Bangsupernovesgegants roges
nanes blanquesraigs còsmics
pesats, inclòs el carboni. El procésdura fins uns 300000 anys desprésdel Big Bang.
La següent taula periòdica resu-meix el procés de formació dels dife-rents elements:
Atés que el carboni, fonamentalper a la vida, es forma a l'interior deles estrelles, i després és llançat al'exterior en morir l'estrella, podemdir que som fills de les estrelles.
Taller i Laboratori: Realització d'experiències iconstrucció d'aparells sen-zills on pots posar a prova lateua iniciativa personal icapacitat de treballar elsmaterials. Ciència i societat: Estudi decasos que desenvoluparan lateua competència d'inser-ció social i el coneixementde les relacions de la cièn-cia, la tècnica i la societat.
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 7
1. El Mètode científic ...................................................................... 142. La presa de mesures .................................................................... 183. Canvis d'unitats. Errors ................................................................ 22
E L M È T O D E C I E N T Í F I C 11. Magnituds del moviment (I)............................................................ 302. Magnituds del moviment (II) .......................................................... 323. Magnituds del moviment (III) .......................................................... 344. Tipus de Moviment: Moviment rectilini i uniforme ................................ 365. Tipus de Moviment: Moviment rectilini uniformement accelerat................ 386. Caiguda lliure ............................................................................ 407. Moviment circular uniforme .......................................................... 42
C I N E M À T I C A
2
1. Concepte de força ...................................................................... 502. Primera i segona llei de Newton ...................................................... 523. 3a llei de Newton. Fregaments........................................................ 564. Equilibri .................................................................................. 585. Efecte deformador de les forces: pressió .......................................... 606. L'atmosfera i la pressió que exerceix ................................................ 62
D I N À M I C A I E S T À T I C A3
1. L'Univers conegut fins al segle XVI.................................................... 702. Un pas avant: Galileu i Kepler ........................................................ 723. Llei de gravitació universal. Newton ................................................ 744. Aplicacions de la llei de gravitació .................................................. 765. Més enllà de la llei de gravitació. .................................................... 78
G R AV I TA C I Ó4
ÍÍnnddeexx
1. Treball i calor processos d'intercanvi d'energia .................................... 862. Energia mecánica........................................................................ 883. Calor. Energia térmica .................................................................. 924. Formes de transmissió de la calor: conducció i convecció ...................... 945. Radiació. Ones .......................................................................... 966. Conservació i degradació de l'energia................................................ 98
E N E R G I A , T R E B A L L I C A L O R . O N E S5
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 8
1. Models atòmics .................................................................................... 1062. Model de Bohr. Espectres ........................................................................ 1083. Aprofundint en el model de Bohr .............................................................. 1104. Sistema periòdic i estructura electrónica .................................................... 1125. Enllaç químic ...................................................................................... 1146. Enllaç iònic ........................................................................................ 1167. Altres tipus d'enllaços: enllaç metàl·lic, el diamant i ponts d'hidrogen ................ 1188. Propietats de les substàncies i la seua justificació.......................................... 120
M O D E L S AT Ò M I C S6
1. Què és una reacció química? .................................................................... 1402. Primeres lleis de la història de la química.................................................... 1423. Velocitat d'una reacció. Energia. Endoenergètiques i exoenergètiques. Catalitzadors ...... 1444. Reaccions àcid-base .............................................................................. 1465. Àcids i bases: reacció de neutralització ...................................................... 1486. Oxidació i combustió. Influència en el medi ambient ...................................... 1507. El mol i la massa molar .......................................................................... 1528. El mol en els gasos i en les dissolucions ...................................................... 1549. Estequiometria .................................................................................... 158
R E A C C I Ó Q U Í M I C A
1. La formulació ...................................................................................... 1282. Compostos binaris ................................................................................ 1303. Hidròxids i àcids .................................................................................. 1324. Sals .................................................................................................. 134
F O R M U L A C I Ó
7
1. L'àtom de carboni ................................................................................ 1702. Hidrocarburs ...................................................................................... 1723. Alcohols i àcids orgànics ........................................................................ 1744. Macromolècules .................................................................................. 1765. La Química en l'origen i desenvolupament de la vida ...................................... 178
Q U Í M I C A D E L C A R B O N I8
1. Contaminació ambiental ........................................................................ 1862. La sobreexplotació dels recursos naturals .................................................... 1883. Què podem fer? Mesures a prendre ............................................................ 1904. Altres mesures a prendre ........................................................................ 1925. Problemes globals, solucions globals .......................................................... 194
C A P A U N D E S E N V O L U PA M E N T S O S T E N I B L E9
EAVV5244_Fr 3/9/08 14:06 Página 9
La Física està present en infinitat d'aspectes en lanostra societat, ja que està integrada en un ample ventallde fenòmens naturals i tecnològics. Els forats negres, elslàsers, els quarks, els superconductors, els rellotges atò-mics ultraprecisos… són objecte d'estudi de la Física.
La Física està també a l'avantguarda de la tecnolo-gia: els físics estudien hui el que ocuparà els enginyersdemà. Una part important de la nostra vida està ocupadapels assoliments tecnològics de la Física.
La Física ens ensenya a observar, experimentar, dub-tar i raonar. Contribueix així a la formació de ciutadansresponsables.
Els grans temes de la Física, atès que és una ciènciamolt àmplia, solen classificar-se per la grandària delsfenòmens estudiats que va de les partícules elementals al’astrofísica.
L'òptica de les estrelles, l'estudi de l'astronomia, ésun tema físic. També físiques i físics s'ocupen, en els hos-pitals, dels aparells de tractament de les imatges: radio-grafies, escàners, tacs…
La psicoacústica és un nou sector desenvolupatprincipalment, però no únicament, en la indústria de l'au-tomòbil. Per exemple el soroll de les portes o dels eixuga-parabrises forma part del confort; aconseguir que unafàbrica no faça més soroll nocturn que els ocells, és totun repte.
La Física nuclear és la base de les centrals nuclearsdestinades a generar electricitat. L'esport i la microelec-trònica necessiten la Física.
Les telecomunicacions no s’haurien pogut desenvo-lupar sense els coneixements físics que estan en la seuabase.
PER QUÈ LA FÍSICA? O L'OMNIPRESENT CIÈNCIA FÍSICA
EAVV5244_00 2/9/08 17:10 Página 10
La Química és una ciència que s'estén des de la creació de molècules fins a la producció de tones d'algun pro-ducte. Tracta tant els canvis d'estructura de la matèria com les variacions energètiques associades a les transfor-macions químiques
Pel seu important paper en dominis clau com l'energia,la salut o la preservació del medi ambient s'està desenvolu-pant a un ritme accelerat aquestos últims anys.
Un dels reptes fonamentals de la química és la sín-tesi: la creació de noves molècules de grandària i complexi-tat molt diverses. Actualment es coneixen al voltant de 25milions de molècules diferents i aquesta quantitat aug-menta en 14000 cada setmana.
En Química Física s'estudien les molècules, en Quí-mica Analítica totes les modernes tècniques que permeten“veure” les molècules. La Química Inorgànica i la Química delCarboni o Química Orgànica són el fonament de l'art defabricar molècules, és a dir, transformar el petroli en vita-mines, per exemple.
Plàstics, benzina, sabó… el petroli és encara la basede la majoria dels productes de consum, però existeix unaalternativa: les plantes. Cal descobrir la Química “verda”.
No pot oblidar-se una part important de la Química: elsestudis de l'Enginyeria Química. Es tracta d'un àrea de conei-xement bàsicament d'aplicació fins al seu correcte funciona-ment, la cual cosa implica un caràcter interdisciplinari.
La Matèria: 3 nivells d'estudi
PER QUÈ LA QUÍMICA?
Matèria inanimada
Quarks
[ Física nuclear ]
Nucleons Nucli
(Protons,Neutrons)
Àtoms(Nucli,
Electrons)
Molècules iCristalls
Macromolècules(Proteïnes, ADN
Cèl·lules Organismes
⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
Matèria viva
[ Química ] [ Biologia ]
[i de les partícules elementals] [Bioquímica]
⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
EAVV5244_00 2/9/08 17:10 Página 11
E L M È T O D E C I E N T Í F I C1EAVV5244_01 2/9/08 17:13 Página 12
EELL MMÈÈTTOODDEE CCIIEENNTTÍÍFFIICC
LLAA MMEESSUURRAA
CCAANNVVIISS DD''UUNNIITTAATTSS.. EERRRROORRSS
RREESSUUMM
AACCTTIIVVIITTAATTSS
TTAALLLLEERR II LLAABBOORRAATTOORRII Estudi del període d'un pèndol simple
CCIIÈÈNNCCIIAA II SSOOCCIIEETTAATT
Què ens espera encara del GPS?
11
22
33
En la nostra societat, si volem tindre un mínim con-trol sobre el que ens afecta, si volem tindre opinionsfundades sobre els grans temes que ens preocupen(canvi climàtic, estalvi energètic, el problema de l'ai-gua, clonació...) necessàriament hem d'aprendre unpoc de Ciència. El nostre món és com és, en part, pel progrés cientí-fic i si volem arribar a entendre’l una mica, no podemser “analfabets” científics. Aquest és un dels princi-pals objectius de l'ensenyament de les ciències – i enconcret de la Física i Química: l'alfabetització cientí-fica. No es tracta que sigues un científic, ni tan solsque les ciències siguen el que més t'agrade, però ésimprescindible per a la teua formació com a personaque conegues què és això que denominem Ciència, laseua manera de treballar, els seus principals assoli-ments i certes bases (lleis) científiques. En aquesta unitat et presentem les característiquesd'aquesta manera d'assolir coneixements: el mètodecientífic. No és l'única manera d‘assolir coneixements,però és la que tenen els científics perquè considerenque és la millor per als seus objectius.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 13
El Mètode científic14
Els científics cerquen explicacions objectives del món, explica-cions que puguen ser acceptades per totes les persones sensatesdegudament informades, amb independència de la nacionalitat, elsexe, la posició social, la ideologia política o la religió. Per a acon-seguir aquesta meta, es considera que les explicacions científiqueshan d’acomplir una sèrie de requisits que impedisquen que s'adme-ten com a científics els dogmes, les supersticions o les afirmacionsarbitràries siguen del tipus que siguen. Veurem això més clar a par-tir d'un exemple.
En la vida quotidiana requerim explicacions quan ens trobemamb un cas estrany, que se’n ix de la norma. Una professora nodemana explicacions als alumnes que arriben puntuals a classe,però si la delegada del grup, que és una xica seriosa i que semprearriba puntual, arriba un dia amb mitja hora de retard, el lògic ésque la professora li pregunte quina és la causa del retard. Hi hamoltes respostes possibles que la professora pot considerar accep-tables; si l'alumna respon que l'autobús s'ha retardat, o que ha anatal metge, o que la cap d'estudis o el tutor l'havien convocat per auna reunió, totes aquestes explicacions són creïbles i en principis'accepten com a justificacions. Però si l'alumna respon que haestat raptada per uns extraterrestres, o que un fantasma l'ha retin-guda al seu domicili, o que una veu interior li ha ordenat romandreimmòbil fins que vegera un cavall blanc, la seua resposta no resul-tarà convincent.
Quina és la diferència bàsica que es dóna entre els dos tipus derespostes anteriors? Les explicacions del primer grup es podencomprovar, però no ocorre el mateix amb les del segon. De maneraanàloga, la ciència només accepta les explicacions dels fenòmensque poden comprovar-se de manera rigorosa.
El mètode científic és el procediment que s'utilitza per a com-provar que les explicacions que proporcionen els científics delsfenòmens són correctes i, atès que la ciència aspira a ser un saberimparcial i objectiu, el mètode estableix una sèrie de requisitsrigorosos perquè una explicació siga admesa com a part de la cièn-cia.
PRIMERA ETAPA
La investigació científica comença quan ens trobem amb unfenomen del qual ignorem l'explicació, o quan les explicacions ques'han proporcionat fins el moment no ens resulten satisfactòries.Per exemple, els astrònoms antics es preguntaven quina era lacausa per la qual alguns astres, els planetes, descrivien unes tra-jectòries diferents de la resta dels astres, i els astrònoms delRenaixement van considerar que les explicacions que havien pro-porcionat els astrònoms antics no eren satisfactòries i van propor-cionar unes explicacions alternatives.
1 El Mètode científic
Fig. 1.1 Les explicacions s’han de comprovar.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 14
El Mètode científic 15
El primer pas del mètode científic consisteix a delimitar elfenomen que es vol investigar amb la màxima precisió possible. Uncientífic no es planteja investigar els moviments en general, sinóel per què d'un moviment en particular, i per a començar la seuainvestigació descriu de la manera més exacta possible el tipus demoviment que pretén explicar.
FORMULACIÓ D'HIPÒTESIS
El segon pas del mètode científic consisteix en la formulaciód'hipòtesis.
Una hipòtesi és una explicació provisional d'un fenomen. Comvam veure en la secció anterior, hi ha moltes explicacions possiblesque poden formular-se per a fer comprensible un fenomen, peròels científics només accepten les hipòtesis que poden comprovar-se mitjançant d'observacions controlades o experiments. Les pri-meres hipòtesis que es formulen són sempre molt temptatives,però a mesura que s'avança en la investigació es reformulen i esprecisen les hipòtesis provisionals.
Les hipòtesis han d'estar formulades de manera rigorosa i exactaper tal d’evitar ambigüitats o interpretacions errònies. Per això,sempre que és possible s'opta per formular-les utilitzant el llen-guatge propi de les matemàtiques.
Per a comprovar si una hipòtesi és correcta, els científics formu-len prediccions que es dedueixen de la hipòtesi. La funció delsexperiments és comprovar si es compleixen o no aquestes predic-cions i, per tant, si es pot incloure o no la hipòtesi formulada en elconjunt de coneixements que conformen la ciència.
EXPERIMENTACIÓ
L'experimentació és l'etapa més important del mètode científic,atès que és el criteri que s'utilitza per a acceptar o per a rebutjarles hipòtesis plantejades.
El disseny d'un experiment no és sempre fàcil. Abans de rea-litzar-lo cal recopilar informació, obtindre dades, que podenenglobar-se en dues grans categories: qualitatives i quantitati-ves. Una dada quantitativa és una dada que pot ser comptada omesurada i a la qual se li pot atribuir un valor numèric, mentreque les dades qualitatives recullen les observacions que no sóndirectament mesurables, com el color, l'olor, i, en general, tot elque es pot relacionar amb la informació que proporcionen elssentits.
Després de recopilar les dades pertinents, es pot començar l'ex-periment.
Un experiment consisteix en la manipulació d'una sèrie dedades per a observar què és el que canvia com a resultat de lamanipulació. Tot allò que pot tindre un efecte sobre el resultatd'un experiment rep el nom de variable.
Fig. 1.2 Albert Einstein al costat de Zeeman iEhrenfest.
Fig. 1.3 L'experiment juga un paper fonamen-tal. Gravat del “primer experiment deWatts”.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 15
El Mètode científic16
Existeixen tres classes de variables que és fonamental identifi-car en els experiments: les variables independents, les variablesdepenents i les variables controlades.
Les variables independents estan davall el control de l'experi-mentador i les seues variacions impliquen un canvi en les variablesdepenents, anomenades així per a posar de manifest la seuadependència en relació amb els canvis que s'operen en les varia-bles independents. Les variables controlades són les variables queno es canvien en l'experiment. Per exemple, a mesura que s'obriuna aixeta (variable independent) canvia la quantitat d'aigua quehi flueix d’ella (variable depenent). Si es vol mesurar la quantitatd'aigua que flueix d’una aixeta, és fonamental que la pressió del'aigua siga constant (variable controlada).
RESULTATS I ANÀLISI
Les dades que proporciona un experiment no són útils si no s'or-ganitzen. En un experiment s'han de mesurar les variables i reco-llir el resultat de les mesures en taules o en gràfiques.
En l'eix horitzontal (abscisses) es representa la variable inde-pendent, mentre que la variable depenent es representa en l'eixvertical (ordenades).
Els canvis que es realitzen en la variable independent es fanamb la finalitat de contrastar la hipòtesi. Si els canvis que s'operenen la variable depenent concorden amb les prediccions que esdeduïen de la hipòtesi, en principi es pot considerar que la hipò-tesi està confirmada.
L'anàlisi dels resultats ha de posar de manifest si hi ha unacord entre la predicció que se seguia de la hipòtesi i el resultatde l'experiment. Abans d'arribar a una conclusió definitiva és moltimportant confirmar els resultats, confirmació que s'obté mitjan-çant la repetició dels experiments. L'obtenció de resultats anà-
Fig. 1.6 Variació de la solubilitat en funció de la temperatura.
Gra
ms
de s
ulfa
t de
cour
e/10
0 g
d'ai
gua
0 20 40 60 80 100
Temperatura °C
80
60
40
20
0
Fig. 1.4 Biblioteca de la RAE.
Fig. 1.5 Biblioteca virtual.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 16
El Mètode científic 17
legs en experiments idèntics es considera una confirmació de leshipòtesis.
Si els resultats d'un experiment no concorden amb la prediccióderivada de la hipòtesi, s'ha d'analitzar quina és la causa. Pot serque la hipòtesi siga incorrecta, però també podria donar-se el casque l'experiment estiguera malament plantejat o que la seua exe-cució haguera estat deficient.
Així doncs, analitzar els resultats significa extraure conclusions,cosa que permet un plantejament autocorrectiu i progressiu, jaque en ciència ha d'existir una interacció contínua entre la teoria ila pràctica per a corregir el que siga necessari amb la intenció del'avenç i l'acumulació de coneixements.
LLEIS
Les lleis científiques són proposicions que expressen maneresconstants de relacionar-se els fenòmens en determinades circums-tàncies. Una llei, abans de ser-ho, va ser hipòtesi, però aquestahipòtesi va ser repetidament verificada per les comprovacionsexperimentals pertinents.
Les lleis poden ser qualitatives o quantitatives. Les lleis quali-tatives afirmen només l'existència d'un fet en determinades cir-cumstàncies, com, per exemple, que els rajos de llum al passard'un medi a un altre de diferent densitat canvien de direcció. Leslleis quantitatives es refereixen a la dependència constant d'índolequantitativa entre determinades magnituds variables; aquestesúltimes s'expressen davall la forma d'equacions matemàtiques.
Un conjunt de lleis consistents formen una teoria, que al seutorn serveix de punt de partida de noves línies d'investigació. Lesteories donen coherència i unitat a les ciències.
COMUNICAR ELS RESULTATS
Després de realitzar una investigació, els científics comuniquenper escrit els seus resultats en el que es coneix com "informe d'in-vestigació" o "comunicació científica”. En les comunicacions cientí-fiques es presenten els passos realitzats per a aconseguir els resul-tats i es presenten les conclusions que es poden adoptar. D'aquestaforma es fa palés el caràcter acumulatiu de la ciència.
Si per mètode entenem un proce-diment per a aconseguir un fi, nonomés hi ha un mètode, sinómolts mètodes científics per a
aconseguir la finalitat perseguida. No obs-tant això, podem afirmar que existeix unaforma comuna de raonament que condueixa que els científics treballen d'una formaordenada i meticulosa. Es pot resumir en elssegüents punts: • Plantejament del problema (des de les
suposicions inicials a la concreció delsfets).
• Recopilació de la informació existent. • Realització d'observacions. • Recollida o presa de dades i mesures. • Classificació i interpretació de les dades
obtingudes. • Formulació i comprovació d'hipòtesis
explicatives mitjançant un disseny expe-rimental.
• Comunicació dels resultats. • Integració dels resultats en lleis, teories
o coneixements més amplis.
WIKIPEDIA
CatalàL’enciclopèdia lliure
125 000 + articles
PortuguêsA enciclopédia livre
146 000 + artigos
ItalianoL’enciclopedia libera
185 000 + voci
SvenskaDen fria encyklopedin
166 000 + artiklar
PolskiWolna Enzyklopedia
241 000 + hasel
FrançaisL’enciclopédie libre
303 000 + articles
DeutschDie freie Enzyklopädie
413 000 + Artikel
EnglishThe Free Encyclopedia
1 183 000 + articles
NederlandsDe vrije encyklopedie
205 000 + artikelen221 000 +
WIKIPEDIA
en DVDWIKIPEDIA
Diferència entre llei i teoria
Què són les variables controlades?
En l'eix d'abscisses es representa: a) la variable depenent b) la variable independent c) la variable controlada
ABC
Activitats
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 17
El Mètode científic18
Com s'ha vist, la presa de mesures és imprescindible per a laciència. Per a efectuar correctament les mesures, s'ha de diferen-ciar entre el que és comptable i el que és mesurable. Les possiblesrespostes correctes que es poden proporcionar a les preguntessegüents il·lustren la diferència. A la pregunta “Quants gots hi hadamunt de la taula?”, després de compta els gots pot dir-se que laresposta és tres.
Però si la pregunta és “Quanta aigua hi ha en el pitxer?”, laresposta no pot ser només un nombre, per exemple, el dos, per-què amb això no es diu res comprensible. La resposta ha de cons-tar d'un nombre i una paraula, per exemple, dos litres. Per a pro-porcionar aquesta resposta s'ha d'haver mesurat necessàriamentla quantitat d'aigua que conté el pitxer amb un instrument apro-piat.
La quantitat de gots és comptable i s'expressa a través d'unnombre finit. No obstant això, la quantitat d'aigua és mesurable is'expressa mitjançant una magnitud física.
MAGNITUD FÍSICA
És tota propietat d'un objecte susceptible de ser mesuradaper un observador o un aparell de mesura i, per tant, de serexpressada mitjançant un nombre i una unitat. Les magnituds físi-ques s'expressen com el producte d'un nombre per la unitat demesura corresponent. Per exemple, V = 2 L:
El VOLUM és DOS LITRES(magnitud) ( nombre) (unitat de mesura)
La presa de mesures2
Fig. 2.1 Les magnituds poden mesurar-se.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 18
El Mètode científic 19
Les magnituds es representen per un símbol, que sol ser una lletra.En la taula següent s'exposen exemples d'algunes de les magnitudsfísiques i dels seus símbols:
Mesurar
L'operació de mesurar una magnitud física consisteix a compa-rar-la amb un patró o quantitat de la mateixa magnitud prèvia-ment definida com a unitat, determinant el nombre de vegadesque la conté. El resultat s'expressa amb un nombre seguit de lacorresponent unitat.
EL SISTEMA INTERNACIONAL D'UNITATS (SI)
El seu origen es troba en l'establiment del sistema mètric, queva ser una de les moltes reformes que van aparèixer entre 1789 i1799 com a conseqüència de la Revolució Francesa. El sistemamètric és possiblement l'aspecte de la ciència aplicada que mésha afectat el curs de l'activitat humana. Els dos principis funda-cionals del sistema internacional d'unitats van ser que el sistemaestiguera basat en l'observació científica i que fóra un sistemadecimal.
Així en definir la unitat de longitud se li va donar el nom demetre, definit el 26 de març del 1791 com una deumilionèsimapart del quadrant del meridià terrestre que passa per París.
Les unitats del Sistema Internacional d'Unitats van ser fixadesen la XI Conferència General de Pesos i mesures de París (1960).Les seues set unitats fonamentals es corresponen amb les magni-tuds indicades en la taula 1.
Sobre la base d'aquestes unitats es construeixen les unitats deles altres magnituds. Així la superfície es mesurarà en m2 i la den-sitat en kg/m3.
Fig. 2.2 Ara sabem que el quadrant de la Terraés 10.001.966 metres en lloc d'exactament10.000.000 de metres com va ser inicialmentplanejat.
Magnitud física
Símbol
massa temps força volum densitat intensitat de corrent
m t F V d I
Tabla I Unitats base del SI.
Magnitud Nom Símbol
Longitud metre m
Massa quilogram kg
Temps segon s
Intensitat corrent elèctric amper A
Temperatura termodinàmica kelvin K
Quantitat de substància mol mol
Intensitat lluminosa candela cd
Barcelona
Perpinyà
París
FRANÇA
ESPANYA
REGNE UNIT
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 19
El Mètode científic20
Múltiples i submúltiples decimals de les unitats SI
S'ha adoptat una sèrie de prefixos i símbols de prefixos per aformar noms i símbols de múltiples i submúltiples decimals de lesunitats SI. (Taula 5)
Entre les unitats bàsiques del Sistema Internacional, la unitatde massa (el quilogram) és l'única el nom de la qual conté un pre-fix per raons històriques. Els noms i els símbols dels múltiples isubmúltiples decimals de la unitat de massa estan formats per launió de prefixos a la paraula «gram» i de símbols d'aquestos pre-fixos al símbol de la unitat «g». Per exemple, 10–6 kg = 1 mg (1 mil·ligram) però no 1μ kg (1 microquilogram).
Notació científica
Per a facilitar els càlculs i evitar posar una gran quantitat dexifres s'usa la notació científica que utilitza les potències de 10. Enla taula 2 es mostren exemples de notació científica.
Com a norma, la notació científica d'un nombre requereix unaxifra seguida d'una coma, dos decimals com a màxim i la potènciade deu corresponent.
Examinem alguns exemples de notació científica:
354 = 3,54 · 102 50000 = 5 · 104
0,0002 = 2 · 10–4 0,35 = 3,5 · 10–1
4230 = 4,23 · 103 0,0000012 = 1,2 · 10–6
Quan es tenen moltes xifres significatives, s'arrodoneix per a com-plir la norma anterior. En l'arrodoniment, per a eliminar xifres, sesegueix el criteri següent:
• Si la primera xifra de les eliminades és menor que 5, simple-ment es lleva la xifra i totes les que hi ha a la seua dreta:3534623 s'arrodoniria a 3530000 i en notació científica 3,53 · 106.
• Si la primera xifra eliminada és 5 o major que 5, s'augmenta enuna unitat l'última xifra: 458962 s'arrodoniria a 459000 i en nota-ció científica 4,59 · 105.
Valor Notació científica
235000000 2,35 · 108 (darrere del 2 hi ha 8 xifres)
1200 1,2 · 103 (darrere de l’1 hi ha 3 xifres)
0,000034 3,4 · 10–5 (el 3 ocupa el cinquè lloc després de la coma decimal)
0,0000001 1,10-7 (l’1 ocupa el setè lloc després de la coma decimal)
Aquestos prefixos SI representen estricta-ment les potències de 10. No han de ser uti-litzats per a expressar múltiples de dos (perexemple, un kilobit representa 1000 bits ino 1024 bits).
Múltiples Submúltiples
Factor Prefix Símbol Factor Prefix Símbol
101 deca da 10-1 deci d
102 hecto h 10-2 centi c
103 quilo k 10-3 mi·li m
106 mega M 10-6 micro μ
109 giga G 10-9 nano n
1012 tera T 10-12 pico p
1015 peta P 10-15 femto f
1018 exa E 10-18 atto a
1021 zetta Z 10-21 zepto z
1024 yotta Y 10-24 yocto y
Tabla III Prefixos SI.
Tabla II Notació científica.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 20
El Mètode científic 21
DEFINICIÓ DE LES UNITATS DEL SI
Expressar en notació científica
a) 23456b) 0,0000000023 c) 602000000000000000000000d) 0,00112233e) 6241f) 0,0216g) 156,2
Expressar en la forma quotidiana els valors
a) 6,24 · 104
b) 2,73 · 10-6
c) 1,5 · 10-3
d) 1,1 · 109
A
B
Activitats
Unitat de longitud:metre (m)
Unitat de massa
Unitat de temps
Unitat d'intensitat decorrent elèctric
Unitat de temperaturatermodinàmica
Unitat de quantitat desubstància
Unitat d'intensitatlluminosa
El metre és la longitud del trajecte recorregut en el buit per la llum durant un temps de1/299 792 458 de segon.
El quilogram (kg) és igual a la massa del prototip internacional del quilogram.
El segon (s) és la durada de 9 192 631 770 períodes de la radiació corresponent a la tran-sició entre els dos nivells hiperfins de l'estat fonamental de l'àtom de cesi 133.
L'amper (A) és la intensitat d'un corrent constant que mantenint-se en dos conductorsparal·lels, rectilinis, de longitud infinita, de secció circular menyspreable i situats a una dis-tància d'un metre l’un de l’altre en el buit, produiria una força igual a 2 · 10–7 newton permetre de longitud.
El kelvin (K), unitat de temperatura termodinàmica, és la fracció 1/273,16 de la tempera-tura termodinàmica del punt triple de l'aigua.
Observació: A més de la temperatura termodinàmica (símbol T) expressada en kel-vins, s'utilitza també la temperatura Celsius (símbol t) definida per l'equació t = T – T0on T0 = 273,15 K per definició.
El mol (mol) és la quantitat de substància d'un sistema que conté tantes entitats elemen-tals com àtoms hi ha en 0,012 quilograms de carboni 12.
Quan s'empre el mol, han d'especificar-se les unitats elementals, que poden ser àtoms,molècules, ions, electrons o altres partícules o grups especificats de tals partícules.
La candela (cd) és la unitat lluminosa, en una direcció donada, d'una font que emet unaradiació monocromàtica de freqüència 540•1012 hertz i la intensitat energètica de la qualen aquesta direcció és 1/683 watt per estereorradiant.
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 21
El Mètode científic22
Per a efectuar qualsevol canvi d'unitats de les magnituds fona-mentals, ha de tenir-se en compte:
• De quina unitat es parteix i a quina es vol arribar.
• L'equivalència entre múltiples i submúltiples.
CANVIS D'UNITATS
Magnituds fonamentals
En els canvis d'unitats per a les magnituds fonamentals s'ex-pressa l'equivalència mitjançant una fracció, anomenada factor deconversió, que tinga en el numerador la unitat d'arribada i en eldenominador la de partida.
Per exemple, per a passar de centímetres a metres, la frase “unmetre són cent centímetres”, ha d'expressar-se com
mentre que per a passar de metres a centímetres la mateixa frase“un metre són cent centímetres”, ha d'expressar-se com
Amb les indicacions anteriors, els passos a seguir són:
1. Començar amb la quantitat de partida seguida per un signe d'i-gualtat.
2. Multiplicar aquesta quantitat per la fracció que expressa l'equi-valència entre la unitat de partida i la unitat a la qual es volarribar.
3. Efectuar l'operació i simplificar unitats del numerador i deldenominador.
Magnituds derivades
En els canvis d'unitats per a les magnituds derivades el procedi-ment és el mateix per a cadascuna de les magnituds implicades.
100 cm(punt d'arribada)1 m (punt de partida))
1 metre (punt d'arribada)100 cm (p de paunt
rrtida)
3 Canvis d'unitats. Errors
Passar de km/h a m/s /h.
Passar de m/s a km/h. 1 m/s =1m
1s
1 km
1000 m
3600 s1 h
=3,6 km/h
⋅ ⋅
1 km/h=1km
1h
1000 m
1km
1h3600 s
=1036
m/s
⋅ ⋅
Exercici resolt
Expressar en unitats del Sistema Internacionalles quantitats següents:
(a) 3 g; (b) 5 cm; (c) 2 dies; (d) 12 Mg; (e) 125 km;(f) 25 μs
Solució:
Seguint els 3 passos assenyalats:
(a) Primer pas: 3 g =
Segon pas: 3 g = (3g) ·
Tercer pas:
(b)
(c) Tenint en compte que 1 dia = 24 hores = = 24 x 60 minuts= (24 x 60) x 60 segons = =86400 s,
(d)
(e)
(f)
25 251
1000000
251000000
0 00002µs µss
µs
s= ( ) = = ' 55s
125 1251000
1
125 10001
125000km kmm
km
mm= = ⋅ =( )
12 121 000
1
12 1 0001
12000Mg Mgkg
Mg
kgkg= = ⋅ =( )
2 286 400
1
2 86 4001
17280 ( )
dies dias
día
s= = ⋅ = 00 s
5 cm = (5 cm1m
100 cm=
5 m100
= 0,05 m )
3 g = 3g1 kg
1000 g=
3 kg1000
= 0,003 kg( )
11000
kgg
Exercici resolt
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 22
El Mètode científic 23
ERRORS
Quan es realitza una mesura amb un instrument sempre hi ha unerror experimental que ve donat per la precisió de l'aparell. S'en-tén per precisió la quantitat mínima que pot mesurar l'aparell. Perexemple, si un regle està dividit en mil·límetres i mesurem la lon-gitud d'un bolígraf, obtenim el valor 142 mm, però no podem estarsegurs de l'última xifra significativa ja que el regle no té més divi-sions.
A més de l'error a causa de la precisió de l'aparell de mesura,poden existir altres errors que es classifiquen en dos grans grups:errors accidentals i errors sistemàtics.
Els errors accidentals es produeixen per utilitzar malamentl'aparell de mesura i poden desaparèixer en repetir el procés demesura diverses vegades. Es pren com a resultat la mitjana aritmè-tica de totes les mesures, compensant-se així possibles errors acci-dentals.
Els errors sistemàtics es deuen al fet que l'aparell de mesura nofunciona bé, i no poden evitar-se per repetició de les mesures.
La mesura d'una magnitud física es representa en la comunitatcientífica d’aquesta forma: on representa el valor dereferència de la mesura, i és el valor mitjà de totes les mesuresrealitzades; ex representa una estimació de la imprecisió de lamesura i és l'error absolut. En el cas de les mesures directes,l'error absolut és la imprecisió de l'aparell.
En el cas del bolígraf ho expressaríem com 142 ± 1. D'aquestaforma indiquem que estem segurs que el resultat està entre141 mm i 143 mm, però no podem saber res més.
El coneixement de l'error absolut d'una mesura no ens propor-ciona suficient informació per a avaluar la qualitat d'una mesura.
Es defineix l'error relatiu de la mesura com .ex
x
xx = x ± ex
Fixa't
Quina mesura és millor (més precisa) la d'unfoli (24 ± 1) cm o la de la distància València –Madrid (350 ± 1) km?
La resposta podem obtindre-la expressant enpercentatge l'error comès: dividint l'errorabsolut entre la mesura i multiplicant percent. Així, en el primer cas tindríem un
d'error, mentre que en la
segona l'error és d'un .
Conclusió: la segona és molt més precisa.
Es defineix l'error relatiu de la mesura com
. Sol expressar-se en per-
centatge; per a això n'hi ha prou amb multipli-car per cent el resultat de la divisió.
1350
100 0 29 · , %=
1350
100 0 29 · , %=
124
100 4 17 · , %=
6 138 9 10 11 12 140 1 2 3 4 5 7
3 143 14
Fig. 3.1 En mesurar la longitud del llapis come-tem un error.
250
200
150
100
50
25
Mal
Bé
Mal
Fig. 3.2 Un error accidentaltípic, denominat error deparal·laxi, es comet en lamesura de volums delíquids.
Expressar 20000 s en hores.
Convertir en unitats SI 25,4 km.
La unitat de la densitat en el SI és el kg/m3, si la densitat del mercuriés 13579 g/dm3, expressar-la en unitats SI.
En realitzar la mesura de l'altura d'una persona, s'han obtingut elssegüents valors 169 cm, 170 cm, 172 cm, 170 cm i 174 cm. Quin pot con-siderar-se el valor correcte de l'altura?
Si l'altura s'ha mesurat amb una cinta que aprecia centímetres,expressa correctament l'altura de la persona de l'exercici anterior.
En determinar la massa d'un objecte s'ha obtingut el valor de 2,56 kg.Si la massa realment és de 2,50 kg, quin és l'error absolut i el relatiu?
ABC
D
E
F
Activitats
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 23
El Mètode científic24
COS DE CONEIXEMENTSEXISTENTS EN L'ACTUALITAT
PROBLEMES A INVESTIGAR
Conseqüènciescontrastables
EXPERIMENTS(Contrastar hipòtesis)
Comunicacióde
RESULTATS
NOUS
PROBLEMES
Emissiód'HIPÒTESI
NO
SI
MESURAR
MÈTODECIENTÍFIC
Elaboracióde TEORIES
MÈTODE CIENTÍFIC
El mètode científic és el procediment que s'utilitzaper a comprovar que les explicacions que proporcionenels científics dels fenòmens són correctes.
Una etapa important de l'aplicació del mètode cientí-fic és l'emissió d'hipòtesis. Una hipòtesi és una explica-ció provisional d'un fenomen.
L'experimentació és l'etapa més important delmètode científic, atès que és el criteri que s'utilitzaper a acceptar o per a rebutjar les hipòtesis planteja-des.
Les lleis científiques són proposicions que expressenmaneres constants de relacionar-se els fenòmens endeterminades circumstàncies. Un conjunt de lleis consis-tents formen una teoria.
Magnitud física és tota propietat d'un objecte sus-ceptible de ser mesurada. Ha d'utilitzar-se el SistemaInternacional d'Unitats i és aconsellable expressar elsresultats utilitzant notació científica.
Quan es realitza una mesura amb un instrument sem-pre hi ha un error.
Resu
m
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 24
El Mètode científic 25
Activ
itats
Fes un esquema indicant les diferents etapes de lesquals consta l'aplicació del mètode científic, i les prin-cipals característiques de cadascuna d'elles.
Expressa en el Sistema Internacional les següentsmesures:
a) 5,3 μm; b) 0,5 anys; c) 100 km/h; d) 0,56 Gg
Els següents valors s'han obtingut en mesurar lamassa d'una persona: 54,5; 54,4; 55,0; 54,9; 53,3;53,4.
a) Indica quin és el valor més probable de la massad'aquesta persona donant el resultat amb el nom-bre adequat de xifres significatives.
b) Calcula l'error absolut i el relatiu de cadamesura.
Escriu en notació científica:
a) 0,00023 m; b) 4 560 000 g; c) 1 323,6 kg/m3
Realitza les següents operacions:
Ordena de major a menor: 0,0125 km, 1m, 111 cm,10101 mm.
Quan mesurem la longitud d'una taula, és el mateixdonar com a resultat 1,5 m que 1,50 m? Justifica lateua resposta.
Quin error relatiu es comet quan es pren com a valorde la gravetat 10 m/s2 en comptes de 9,8 m/s2?
Expressa en el Sistema Internacional d'Unitats (SI):
a) 1,2 g; b) 2 hores; c) 6,23 dm3; d) 2 mm;
e) 1 km; f) 18 μg
La velocitat de la llum és 300000 km/s. La llum tardaen recórrer la distància Sol-Terra 8 minuts. Expressa,en unitats del SI, la distància Sol-Terra utilitzant lanotació científica.
Què és una llei? Enuncia 2 lleis que conegues. Perquè moltes lleis són modificades a mesura que pro-gressen les investigacions?
Expressa 2,5 g/cm3 com kg/m3.
Converteix 1500 kg/m3 en kg/dm3.
a)
b)
16 105 10
6 8 10123 103
1
42,
, – ,
–
–⋅ + ⋅
⋅⋅
22 1 105 43 10
181 10
5 45
62
5, ·
,
,
,
⋅ ⋅⋅
−−
−
c) ⋅⋅ − ⋅ ⋅ ⋅− − ( , , )10 6 3 10 121 104 5 2
Expressa 20 m/s com km/h.
Per a cada magnitud només hi ha una unitat correcta enel SI (Sistema Internacional d'Unitats), assenyala-la.
La densitat es defineix com massa/volum. Indica laseua unitat en el SI.
Considerem m i t com dues magnituds físiques.Indica quina o quines de les següents expressionspoden tindre significat físic:
a) m · t
b) m + t
c) m – t
d) (m + t) / m
e) m/t
Si el cor humà batega 70 vegades cada minut, quinaés la millor estimació del nombre de vegades que habategat en 80 anys?
a) 105
b) 106
c) 107
d) 108
e) 109
La bomba d'aigua subministra 100 L/min. Quant detemps tardarà en omplir una piscina les dimensionsde la qual són 50 m x 10 m x 2 m?
El preu d'una ampolla de 2 L d'una beguda de colaés 1,30 €?, mentre que el preu d'un pot de 33 CLés de 0,45 €? Què resulta més barat? Quant més?
Elabora un disseny experimental per a comprovar siuna barra de ferro es dilata en exposar-la al soldurant un cert temps.
En Sibèria la temperatura pot descendir fins a –50 ºC.De què depèn el que puguem utilitzar un termòmetrede mercuri?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Magnitud La unitat és:
Longitud mm m km
Temps hora minut segon
Massa g kg cg
Volum litre m3 dm3
Velocitat cm/s m/s km/h
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 25
El Mètode científic26
Estudi del període d'un pèndol simple Taller
i la
bo
rato
ri
1. DEFINICIÓ
Un pèndol està constituït per un objecte xicotet de massam (en grams) lligat a un fil no extensible, de longitud l (enmetres) fixat a un suport. Separat de la seua posició ini-cial un angle α i deixat lliure, oscil·la d'un costat a unaltre.
4.1. Influència de la massa
a) Descriure el protocol experimental (procés de com-provació de la hipòtesi).
b) Completar la taula següent:
c) Conclusió.
4.2. Influència de la longitud del fil
a) Descriure el protocol experimental (procés de com-provació de la hipòtesi).
b) Completar la taula següent:
c) Conclusió. Verificació de la hipòtesi. Pot demanar-seque:
d) Representar la gràfica T2 davant de longitud del fil (L).
e) Quina pot ser l'expressió teòrica del període d'unpèndol simple?
4. INFLUÈNCIA DE DIFERENTS VARIABLESSOBRE EL PERÍODE DEL PÈNDOL
1 Quina és la natura del moviment del pèndol?
2 Quina magnitud característica és interessantdeterminar?
3 Com mesurar-la de la forma més precisa pos-sible? Q
üest
ions
5 Quina longitud ha de tindre un pèndol que “bat”segons, és a dir que T/2 = 1 s?
6 Construir aquest pèndol i determinar el seu període.
7 Un pèndol simple pot oscil·lar indefinidament?Justifica la resposta.
Qüe
stio
ns
Massa (g) 20 30 40
Temps 5 oscil·lacions
Temps 1 oscil·lació
50
Magnituds que romanen constants
…… = …….. …… = ……..
Longitud (m) 1,20 1 0,80
Temps 5 oscil·lacions
Temps 1 oscil·lació
0,60
Magnituds que romanen constants
…… = …….. …… = ……..
4 Quines variables poden influir sobre el període delpèndol?
Qüestions
2. CONSTRUIR UN PÈNDOL AMB ELMATERIAL DISPONIBLE
• fil inextensible
• diferents masses conegudes
• suport vertical
• cronòmetre
• cinta mètrica
• transportador
3. NATURA DEL MOVIMENT
Protocol experimental: Construir un pèndol amb lamassa i el fil, separar-lo de la seua posició d'equilibri ideixar-lo lliure.
Cronòmetre
Fil
Massa
Transportadord'angles
Soport
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 26
El Mètode científic 27
LA FÍSICA EN LA VIDA QUOTIDIANA
Què ens espera encara del GPS? En menys de 10 anys el cèlebre
sistema de navegació per satèl·lit harevolucionat el nostre sentit del'orientació, i sembla que les seuesaplicacions no tenen límit.
El futur sistema europeu, Galileu,estrictament civil, serà llançat el2013. Estarà compost de 30 satèl·litsrepartits en 3 òrbites circulars a unaaltura de 24000 km i recolzats peruna xarxa mundial d'estacions terres-tres.
L'objectiu és oferir un servei glo-bal de posicionament precís per anavegació i temps. Serà un sistemaamb prestacions tècniques superiors ales que ofereix actualment el Sistemade Posicionament Global d'EstatsUnits (GPS) i a diferència del GPSque opera davall control militar, Gali-leu estarà orientat bàsicament per aaplicacions civils.
Els sistemes de radionavegacióper satèl·lit funcionen amb l'emissióconstant de senyals des de satèl·litscap a un receptor en terra
Això permet que des de qualse-vol punt de la Terra, qualsevol indi-vidu determine la seua posició en unmapa o la ubicació de qualsevolobjecte estacionari o en movimentgràcies a un xicotet dispositiureceptor.
A més d'oferir informació sobreel posicionament de l'usuari, elsseus usos més freqüents seran, perexemple, la localització de vehiclesi rutes, el control de velocitat delsvehicles, la localització de perso-nes sospitoses, controls fronterers,i ajuda per a sistemes de recerca irescat.
Com bé assenyala el director delprojecte de l'ESA, Galileu no compe-tirà amb el GPS sinó que s'esperaque ambdós treballen junts davall unacord entre Europa i Estats Units pera assolir que els sistemes de navega-ció per satèl·lit siguen compatibles i"inter-operables". Això significa quel'usuari serà capaç de fixar la seuaposició usant satèl·lits de qualsevoldels dos sistemes.
Ciè
ncia
i so
cie
tat
EAVV5244_01 2/9/08 17:14 Página 27
