núm 17 |
Primavera 2016 |
Societat Catalana de Física |
| Inici |
| Sumari |     5/8  |
 | El gravitomòbil Joan Sánchez Marín |
| La idea fonamental és que l'alumnat entengui que l'energia no és res màgic, sinó que, l'energia és una magnitud física que es pot expressar numèricament, a diferència del que passa en les pseudociències, en les quals la paraula «energia» s'usa sense miraments per referir-se a tot una colla de conceptes de difícil concreció, quan no a simples invencions sense cap fonament. Expressions com: «energia vital», «energia positiva o negativa» o «energia mental» no tenen sentit des del punt de vista de la ciència. Aquesta activitat ens ha d'ajudar a identificar l'energia com una magnitud més. Amb aquesta intenció l'alumnat ha de construir un petit cotxe que es mogui amb energia gravitatòria. La caiguda d'una massa lligada a una politja farà moure un dels eixos de les rodes del vehicle. Amb aquesta excusa també es poden treballar altres conceptes com per exemple: la velocitat mitjana, la potència, el fregament, la degradació de l'energia, la dispersió en les mesures, la transmissió del moviment i algunes normes del dibuix tècnic. |
ConstruccióLa joguina que hem de construir és un cotxe el qual es mourà gràcies a una pesa que penja d'un fil que passa per una politja. El fil es troba enrotllat a l'eix d'una de les rodes. La caiguda de la pesa farà moure les rodes del cotxe. L'alumnat, per començar l'experiència, ha d'observar un vídeo o un dibuix explicatiu com a la figura 1.
Materials suggerits
Orientacions per al professoratTemporitzacióEl temps recomanat és de 4 sessions d'una hora, encara que aquest temps es podria modificar bàsicament en funció del nombre alumnes, de la seva autonomia, dels coneixements previs i del suport familiar.
Alumnat al qual s’adreça l’experiènciaEn aquesta proposta el nivell més adient és el de 2n d'ESO. No obstant això, es poden plantejar problemes més ambiciosos en cursos posteriors com ara: calcular els diferents tipus de fregaments, realitzar les gràfiques d'espai, velocitat i acceleració en funció del temps, trobar l'eficiència del gravitomòbil, etc. MetodologiaEs proposa la metodologia de treball per projectes. L'alumnat ha d'aplicar l'estratègia d'assaig i error; no obstant això, s'ha de desenvolupar la competència científica pel fet que:
Orientacions tècniquesEs pot demanar que els alumnes facin una taula amb tres columnes: problema, proposta de solució i avaluació. Els problemes típics que s'han de resoldre són la reducció dels fregaments, la selecció de la massa i de les transmissions adients i el fregament o adherència de la roda a terra (això no obstant, tot plegat ho poden resoldre per prova i error).
Full de l’alumnatObjectiuEl treball s'hauria de realitzar en grups de no més de 3 alumnes. Serà obligatori fer una llibreta o diari de laboratori. Com a producte final, cada grup ha de lliurar el següent:
IntroduccióQuè és l'energia?L'energia és la capacitat de produir un treball. Habitualment costa d'entendre que l'energia sigui una magnitud física ja que, en un principi, no es pot mesurar directament. Un cotxe de gasolina té energia acumulada en forma química. Aquesta es pot transformar en calor en el pistó i convertir-la posteriorment en energia mecànica. El moviment del pistó es transmet a les rodes per la qual cosa es realitzarà finalment un treball en desplaçar el vehicle d'un lloc a un altre. En un cotxe elèctric tenim l'energia acumulada en unes bateries. L'energia de la reacció química a les bateries es transforma en energia elèctrica. En el motor es transformarà l'energia elèctrica en energia cinètica que aprofitarem per a moure el nostre vehicle. Finalment, haurem realitzat el treball que volíem: desplaçar el cotxe. Dit d'una altra manera: sempre partim d'una energia acumulada per tal de produir el treball que volem. Sabem que l'energia hidroelèctrica es fonamenta en el fet de tenir aigua acumulada en un embassament a les muntanyes. Quan l'aigua surt de la presa fa moure uns generadors que transformen el moviment de l'aigua en electricitat. A l'energia acumulada a l'embassament se l'anomena energia potencial gravitatòria. Com podríem construir un cotxe que es mogui a partir de l' energia gravitatòria?
La proposta consisteix a aplicar la idea següent : a un cotxe li pengem un pes d'un fil que passa per una politja. Aquest fil alhora ha d'estar enrotllat en l'eix d'una de les rodes. Quan caigui el pes per acció de la gravetat, aquest, a través del fil, farà moure les rodes. En podeu veure un exemple a la figura 2. Material suggerit
Realització1. Fase: Planificar
En aquesta fase, el grup haurà de redactar una llista de tasques previstes per tal d'arribar als objectius plantejats. Podrà haver-hi més d'una planificació. Sigui com sigui, tot ha de quedar reflectit al quadern de laboratori. 2. Fase: DecidirLes alternatives definides a la fase de planificació s'han d'avaluar. Per fer-ho podeu, per exemple, puntuar-les o també votar-les. Comenteu-ho amb el professor; només així podreu passar a la fase de realització. NOTA: Al diari deixeu prou espai entre línies per tal de retocar-les en el futur. Mai esborreu ni utilitzeu el Tipp-Ex i, si escau, ratlleu-les. Només feu servir el llapis si heu de fer un croquis. 3. Fase: RealitzarRecordeu que heu d'anotar al diari de laboratori qualsevol acció que sigui important respecte al projecte i també com us organitzareu. Apunteu especialment les dificultats que us aneu trobant i les estratègies per a resoldre-les. 4. Fase Controlar/avaluarHeu d'anotar la taula d'avaluació (rúbrica) i revisar-la periòdicament. El professorat farà una ullada a aquesta taula i us donarà suport per a aconseguir els objectius. Anàlisi i tractament de les dadesLes mesures s'han de repetir com a mínim 3 vegades. Calculeu l'error amb la dispersió (la major menys la menor) dividida per 2 i com a valor doneu la mitjana (dels tres valors) arrodonida en funció de la primera xifra significativa de la dispersió. Rúbrica d'avaluació
Fitxa (model per al'alumnat)1. Mesura del recorregut del pesFent servir un regle, mesura la distància màxima que pot recórrer el pes.
2. Mesura de la massa del pes
3. Mesura del recorregut del cotxe
4. Mesura del temps mitjàAquesta mesura es pot realitzar amb un cronòmetre manual; no obstant això, es pot suggerir de fer una gravació en vídeo i fer servir el cronòmetre d'un editor de vídeo.
5. Càlcul de la velocitat mitjana (m/s)
6. Càlcul de l'energia
On 7. Com definiries l'energia?
8. De què pot dependre que el cotxe arribi més lluny?
9. On és l'energia abans, durant i després del desplaçament?
Solucions
Fitxa (model per a l'alumnat)1. Mesura del recorregut del pesFent servir un regle, mesura la distància màxima que pot recórrer el pes.
2. Mesura de la massa del pes
3. Mesura del recorregut del cotxe
4. Mesura del temps mitjàAquesta mesura es pot realitzar a un cronòmetre manual; no obstant això, es pot suggerir de fer una gravació en vídeo i fer servir el cronòmetre d'un editor de vídeo.
5. Càlcul de la velocitat mitjana (m/s)
6. Càlcul de l'energia
On 7. Com definiries l'energia?
8. De què pot dependre que el cotxe arribi més lluny?
9. On és l'energia abans, durant i després del desplaçament?
|
és la massa que cau en 
,
és l'acceleració de
la gravetat en 
i
és el recorregut
màxim del pes en 
.
és la massa que cau en 
,
és l'acceleració de
la gravetat en 
i
és el recorregut
màxim del pes en 
.
