Podem mesurar el valor de la gravetat de la terra al nostre centre amb una
bala? Així podria començar la nostra experiència amb els
alumnes i la resposta no seria única, segurament.
Per poder respondre, caldria, doncs, engegar tot una procediment experimental
i aquest és l’objectiu que ens proposem.
|
| Fig. 1: alumnes experimentant al taller de tecno. |
En primer lloc, cal aconseguir un bon grapat de bales i decidir quin nombre de persones formarà l’equip de treball. A continuació, els exposem el repte: cal determinar la gravetat terrestre a la superfície de la Terra, és a dir, al nostre centre. Per dur a terme la tasca necessitaran mesurar dues magnituds cinemàtiques, el temps i l’alçada, i, per fer-ho, els nostres alumnes s’hauran d’equipar amb el seu telèfon mòbil, un regle i un projectil, que no és altra cosa que una bala de nens. Tot seguit caldrà desplaçar-se a una aula on el soroll no sigui un inconvenient.
El repte dels alumnes serà dissenyar un experiment
per poder determinar el valor de la gravetat amb els elements que els hem proporcionat.
A mesura que van desenvolupant el seu experiment, hi poden anar afegint aspectes
tècnics de l’experimentació que cal tenir en compte, com per exemple
que amb una mesura no és suficient per generalitzar un resultat i que
seria més recomanable un nombre més elevat. Hem pactat amb ells
10 mesures i més endavant ha estat inevitable parlar de precisió
en la mesura. A partir d’aquí els hem demanat un petit càlcul
del valor mitjà obtingut i de l’error que l’acompanya.
La majoria dels alumnes ha escollit el procediment següent: han fixat una
alçada i han deixat caure la bala des d’aquesta alçada fins al
terra. Han pres nota del 10 llançaments. Han extret el valor de la gravetat
dels 10 llançaments, han fet la mitjana i han extret l’error del valor
màxim i mínim dividit entre dos. Han calculat també l’error
en tant per cent.
Aquí podeu trobeu una mostra del protocol fet servir pel laboratori Honolulu.
El seu valor experimental el podreu trobar a la taula 1 que hi ha a continuació.
Cada parella ha escollit un nom per al seu laboratori .
DISSENY DE L'EXPERIMENT
Després d'haver realitzat aquest experiment i veure'n els resultats
obtinguts, hem observat que hem tingut algunes dificultats a l’hora d'aplicar
la fórmula; tot i així, hem pogut acabar l'experiment i esperem
d'ara endavant saber aplicar la fórmula correctament.
Per crear l'experiment hem començat per escollir el lloc des d’on deixaríem
caure la bala. Hem decidit que per al nostre experiment ho faríem des
de la taula de treball i hem mesurat l'altura que feia fins a una llibreta que
hem posat al terra perquè la bala no rebotés en caure. Seguidament,
hem agafat dos mòbils per mesurar el temps de caiguda i hem deixat caure
la bala. La persona que deixava anar la bala es col•locava de peu arran de taula,
mentre que l'altra s'asseia al terra a prop d’on queia la bala. Tots dos mesuràvem
el temps alhora, de manera que obteníem una mitjana de temps més
precisa.
DADES I RESULTATS
La taula de treball té una altura de 88,5
cm (0,885
m), descomptant el gruix d'1
cm de la llibreta que hem utilitzat com a amortidor. Hem repetit
10 vegades la caiguda de la bala.
Al final de l’hora alguns ja tenien la seva mesura de la gravetat. A continuació
teniu uns quants valors obtinguts:
 |
Taula 1 : valors mitjans de g , amb els errors corresponents, obtinguts per diferents laboratoris. |
Aquesta és la taula dels resultats que han obtingut els alumnes de l’escola Tecla Sala ( vegeu la taula 1). Es pot veure que els noms dels laboratoris han estat escollits per ells.
Per finalitzar la sessió els hem demanat que presentessin el resultat organitzat de manera que havien de tenir la documentació següent:
D’aquesta manera conclou la primera fase del nostre procediment
experimental, però abans de tancar aquesta fase es pot fer una petita
reflexió sobre les xifres significatives. Als meus alumnes, crec que
els agrada ser precisos i consideren que posar totes les xifres que la seva
calculadora és capaç d’oferir-los és una bona estratègia
científica. En aquesta primera fase de l’experiment se’ls pot demostrar
que de vegades no som capaços ni d’apropar-nos a la primera xifra significativa
del valor real. Per què hem de posar més decimals, si no representen
el món real!
L’objectiu de la segona fase del procés experimental
és aprofitar la força de la comunitat científica. Aquesta
segona part rep el nom de Milà-Barcelona perquè els resultats
del nostre experiment els validarà un altre “laboratori”, equip d’alumnes.
La primera vegada que es va fer va sorgir el nom de Milà i per això
rep aquest nom.
Consisteix a comprovar que la validesa d’un procediment científic també
es basa en el fet que sigui reproduïble. Per tant, per saber si els resultats
que han obtingut són fidels al procediment científic recollim
els seus protocols i els repartim a la resta de la classe, que acaben d’assolir
la categoria de laboratori científic que contrastarà el procediment
experimental dut a terme a Barcelona.
Ens desplacem de nou a una aula on puguem fer soroll i hi reproduïm l’experiment,
però ara seguint el protocol d’un altre grup.
La segona hora d’experimentació s'acaba presentant la documentació
del segon protocol i, de nou, dels resultats obtinguts. Si ens sobra temps podem
posar els resultats a la pissarra. Els resultats es publiquen a la pissarra
i el grup que ha fet de validador confirma o refuta els resultats experimentals
del laboratori que ha publicat el seu protocol. Si el grup d’alumnes que fa
de contrast obté valors que entren dins de les cotes d’error de l’error
que havia publicat el primer laboratori i a més dins dels seus marges
entra la gravetat, el resultat és vàlid. Si no es rebutja. Podeu
trobar la taula de valors a continuació.
Al final d’aquesta segona sessió, els alumnes ja visualitzen que els
seus resultats s’allunyen del valor que els resulta tan familiar i arriba el
moment de parlar de la no-existència de la mesura perfecta en ciència,
o de la precisió, etc.
EXPERIMENTS |
COMPROVACIÓ |
 |
 |
| Fig. 2a | Fig. 2b |
Aquestes són les taules de resultats contrastades per
altres alumnes. Els valors en vermell són valors descartats, perquè
la gravetat no assoleix els valors teòrics o perquè les mesures
del segon laboratori no avalen els resultats del primer.
En aquesta segona part han de donar una valoració del seu procediment
experimental, tant si ha superat la validació com si no l’ha superat.
La tercera i última fase del nostre itinerari té
per objectiu que visualitzin que per poder fer ciència experimental és
necessari minimitzar els erros humans i objectivar al màxim les mesures.
A escola hem dissenyat un enginy, el podeu trobar a https://www.youtube.com/watch?v=jIBFmKDLnX8.
Consisteix en una placa 
connectada d’una banda a un sensor d’infrarrojos i de l’altra a un
electroimant. Escollim una alçada qualsevol i cronometrem el temps de
caiguda de la bala amb una precisió de mil·lisegons. Repetim 10
vegades el llançament i els alumnes han de tornar a realitzar el càlcul.
La gravetat mesurada d’aquesta manera per a una alçada de 74
cm ens dóna una valor de :
 |
(1) |
Però aquest valor no és cert perquè no
té en compte l’error que cometem en mesurar amb el regle. Si l’error
fos de 0,5 cm en
la mesura de l’alçada, l’error s’aproparia al 10
%. Vam decidir construir aquest enginy perquè és el que
més s’assembla a la mesura que ells realitzen de forma intuïtiva,
però és pot dur a terme de la mateixa manera amb els equips de
o qualsevol altre dispositiu de mesura.
 |
 |
| Fig. 2: alumnes prenent mesures. | Fig. 3: detall del nostre “enginy”. |
Al final es demana als alumnes que recullin tota la feina realitzada en un informe que contingui una introducció, un desenvolupament, on han de constar les tres fases, i una conclusió. Al full de l’alumne n’adjuntem una mostra.
 |
| Fig. 5: “equip d’experimentadors” . |
Autor d'aquesta pàgina:Santi Vilchez, professor de física a l’escola Tecla Sala a l’Hospitalet.
Aquesta
obra està subjecta a una
Llicència
de Creative Commons
