Al curs de 4t d’ESO-LOE, dintre del contingut “Forces i moviments” es demana una “anàlisi experimental de la caiguda lliure i de la independència de la seva acceleració envers la massa”. Una de les idees més arrelades en l'alumnat és que els cossos amb més massa cauen amb més acceleració. Davant del fracàs de l’explicació estàndard vaig decidir dissenyar una activitat per fer a l’aula d’informàtica amb diferents simulacions.
Introducció
L’activitat , pensada per a alumnat de 4t d’ESO, consta de :
• Un guió-qüestionari per a cada alumne. • Dos simulacions del programa Interactive Physics ( caiguda de dos cossos amb massa diferent i forma igual i caiguda de dos cossos amb massa igual i forma diferent). Se'n pot variar el fregament amb l’aire. • La projecció de la pel·lícula filmada durant la missió de l'Apollo 15 a la Lluna en que es veu un martell i una ploma que cauen.
Cada alumne té un guió-qüestionari amb una sèrie de preguntes que ha de contestar. Normalment l’activitat es desenvolupa per parelles ( o individualment) a l’aula d’informàtica i dura una hora, durant la qual es corregeixen les qüestions plantejades entre tots.
Guia
del professorat
Per poder desenvolupar l'activitat, es necessita el programa
Interactive Physics per a les simulacions i qualsevol programa que
et permeti veure la pel·lícula de l'Apollo15 ( en format MPG).
A la majoria dels navegadors ja s'hi incorpora. Als IES de Catalunya, en la
dotació de les aules de noves tecnologies per a les ciències que
va fer el Departament d'Educació als darrers cursos, es va incloure una
llicència de l'Interactive Physics, de manera que el professorat
disposa del programa per al treball educatiu amb l'alumnat en quasevol dels
ordinadors del centre.
Es pot completar l’activitat parlant de les idees d’Aristòtil
i Galileu sobre la caiguda dels cossos i reflexionant sobre el “principi
d’autoritat“ i sobre la importància de l’experimentació
en la ciència. L'alumnat també troba molt interessant l’experiment
dut a terme per Galileu a la Torre de Pisa. Normalment hi ha un grup d’alumnes
convençuts que en realitat no s’ha arribat mai a la Lluna i això
dóna peu a un debat interessant ( hi ha diverses pàgines web a
Internet en què defensen aquestes “teories”).
Guia de l’estudiantat
Objectius
Estudiar experimentalment la caiguda lliure dels cossos amb l'ajut de simulacions
i vídeos .
Procediment
1) Si deixem caure una
ploma i un martell des d’una altura determinada simultàniament,
quin objecte arriba abans a terra? Per què?
2) Si des d’una altura determinada
deixem caure un full de paper i un altre full igual però fet una bola
simultàniament, quin full arriba abans a terra? Per què? Per què
creus que és tan important la forma del cos?
3)
Obriu la simulació d'Interactive Physics “Caiguda lliure,
massa diferent” del fitxer caiguda_lliure_diferent_massa.ip
( vegeu la figura 2).
Si feu clic al botó , la
simulació s'inicia i si feu clic a ,
s’atura. Abans de tornar a començar heu de fer clic a .
Si premeu el botó , podeu
variar la resistència de l’aire, i fins hi tot anul·lar-la.
La simulació presenta dos cossos amb forma igual i massa diferent, la
bola blava de 6kg
i la vermella de 0,3 kg.
a) Seleccioneu "Resistència
de l’aire alta" i inicieu la simulació. Quina bola arriba
abans a terra?
b) Seleccioneu "Resistència
de l’aire nul·la" i inicieu la simulació. Quina bola
arriba abans a terra?
4)
Obriu la simulació d'Interactive Physics “Caiguda lliure,
massa igual” del fitxer caiguda_lliure_igual_massa.ip
( vegeu la figura 3).
Ara tenim dos cossos amb forma diferent però massa igual ( com a la pregunta
2) a) Seleccioneu "Resistència
de l’aire alta" i inicieu la simulació. Quin cos arriba abans
a terra?
b) Seleccioneu "Resistència
de l’aire nul·la" i inicieu la simulació. Quin cos
arriba abans a terra?
5) Si repetim l’experiment de la
pregunta 1 a la Lluna, on no hi ha atmosfera i, per tant, no hi ha fregament
amb l’aire, quin cos arriba abans a terra? Raoneu la resposta
.
6) En el viatge que l’Apollo 15
va fer a la Lluna, un astronauta va enregistrar un altre astronauta que trepitjava
la superfície lunar i hi deixava caure un martell i una ploma simultàniament.
Obriu el document Apollo-15
i visioneu aquesta pel·lícula. D’acord amb el que heu vist,
heu de canviar la resposta a la pregunta 5?
7) Conclusions. Si no tenim en compte
el fregament amb l’aire, tot els cossos cauen amb la mateixa acceleració.
Aquesta acceleració s'nomena acceleració de la gravetat
i el seu valor a la superfícies de la Terra és de
, és sempre vertical i va cap avall. Per tant, si el fregament amb l’aire
és zero, i deixem caure un cos A
i un altre cos B
simultàniament des d’una altura determinada, tots dos cauen amb
la
acceleració i arriben simultàniament a terra i amb la
velocitat
8) Des d’un punt
situat a 10 m d’altura,
deixem caure una síndria de 5
kg i una poma de 100g
simultàniament. Si no tenim en compte el fregament amb l’aire,
quina fruita arriba abans a terra? Quina fruita hi arriba amb més velocitat?
Raoneu les respostes.
9)Expliqueu l'experiment que Galileu
va dur a terme per demostrar la seva teoria sobre la caiguda dels cossos. Expliqueu
aquesta teoria breument.
10) Expliqueu la teoria d'Aristòtil
sobre la caiguda dels cossos
Solucions
1) Si deixem caure una
ploma i un martell simultàniament des d’una altura determinada,
quin objecte arriba abans a terra? Per què? Molts alumnes contesten que hi arriba abans el martell, i un grupet que
hi arriben al mateix temps.
2) Si des d’una altura determinada
deixem caure un full de paper i un altre full igual però fet una bola
simultàniament, quin full arriba abans a terra? Per què? Per què
creus que és tan important la forma del cos? Primer es fa l’experiment i després l’alumnat respon.
Millor que ho faci un alumne o una alumna.
3) Obriu la simulació d'Interactive
Physics “Caiguda lliure, massa diferent” del fitxer caiguda_lliure_diferent_massa.ip
( vegeu la figura 2).
Si fe clic al botó , la simulació
s'inicia i si feu clic a , s’atura.
Abans de tornar a començar heu de fer clic a .
Si premeu el botó , podeu
variar la resistència de l’aire, i fins hi tot anul·lar-la.
La simulació presenta dos cossos amb forma igual i massa diferent, la
bola blava de 6kg
i la vermella de 0,3 kg.
a) Seleccioneu "Resistència
de l’aire alta" i inicieu la simulació. Quina bola arriba
abans a terra? La blava. b) Seleccioneu "Resistència
de l’aire nul·la" i inicieu la simulació. Quina bola
arriba abans a terra? Hi arriben al mateix temps.
4) Obriu la simulació d'Interactive
Physics “Caiguda lliure, massa igual”del fitxer caiguda_lliure_igual_massa.ip
( vegeu la figura 3).
Ara tenim dos cossos amb forma diferent però massa igual ( com a la pregunta
2) a) Seleccioneu "Resistència
de l’aire alta" i inicieu la simulació. Quin cos arriba abans
a terra? El verd b) Seleccioneu "Resistència
de l’aire nul·la" i inicieu la simulació. Quin cos
arriba abans a terra? Hi arriben al mateix temps.Reflexionem sobre la importància
del fregament amb l’aire.
5) Si repetim l’experiment
de la pregunta 1 a la Lluna, on no hi ha atmosfera i, per tant, no hi ha fregament
amb l’aire, quin cos arriba abans a terra? Raoneu la resposta Hi arriben al mateix temps. Alguns alumnes confonen la
força de la gravetat amb la resistència de l’aire i comenten
que, si no hi ha atmosfera, el cos no cau.
6)En el viatge que l’Apollo
15 va fer a la Lluna, un astronauta va enregistrar un altre astronauta que trepitjava
la superfície lunar i hi deixava caure un martell i una ploma simultàniament.
Obriu el document Apollo-15
i visioneu aquesta pel·lícula. D’acord amb el que heu vist,
heu de canviar la resposta a la pregunta 5? Alguns alumnes han de canviar la resposta 5.
7) Conclusions. Si no tenim en compte
el fregament amb l’aire, tot els cossos cauen amb la mateixa acceleració.
Aquesta acceleració s'nomena acceleració de la gravetat
i el seu valor a la superfícies de la Terra és de
, és sempre vertical i va cap avall. Per tant, si el fregament amb l’aire
és zero, i deixem caure un cos A
i un altre cos B
simultàniament des d’una altura determinada, tots dos cauen amb
la mateixa acceleració i arriben simultàniament
a terra i amb la mateixa velocitat. Si no tenim en compte el fregament amb l’aire, tots els cossos
cauen amb la mateixa acceleració. Aquesta acceleració s'anomena
acceleració de la gravetat i el seu valor a la superfície de la
Terra és de , sempre
és vertical i va dirigida cap avall. Per tant, si suposem que el fregament
amb l’aire és zero, i deixem caure un cos A i un altre cos B, simultàniament
des d’una altura determinada, tots dos cauen amb la mateixa acceleració
i arriben a terra simultàniament i amb la mateixa velocitat.
8) Des d’un punt
situat a 10 m d’altura,
deixem caure una síndria de 5
kg i una poma de 100g
simultàniament. Si no tenim en compte el fregament amb l’aire,
quina fruita arriba abans a terra? Quina fruita hi arriba amb més velocitat?
Raoneu les respostes. Encara alguns alumnes contesten que hi arriba abans la síndria. S’ha
de recordar la pel·lícula de l'Apollo 15
9)Expliqueu
l'experiment que Galileu va dur a terme per demostrar la seva teoria sobre la
caiguda dels cossos. Expliqueu aquesta teoria breument.
10) Expliqueu la teoria
d'Aristòtil sobre la caiguda dels cossos
Les preguntes 9 i 10 es poden contestar a la mateixa sessió
o deixar-les per a una altra class. Com a bibliografia es poden utilitzar les
pàgines web següents sobre la ciència dels grecs. A l’última pàgina
web es reprodueix un fragment del”Diàleg” de Galileu, amb preguntes per als
alumnes.
ISSN:
1988-7930 Adreça a la xarxa:
www.RRFisica.cat Adreça electrònica:
redaccio@rrfisica.catdifusio@rrfisica.cat Comitè de redacció : Josep Ametlla, Octavi
Casellas, Xavier Jaén, Gemma Montanyà, Cristina Periago,
Octavi Plana, Jaume Pont i Ramon Sala. Treballem conjuntament : Societat Catalana de Física,
Associació de Professores i Professors de Física i Química
de Catalunya,XTEC, Universitat Politècnica de Catalunya, Universitat
de Barcelona
Programació web: Xavier Jaén i Daniel Zaragoza.
Correcció lingüística: Serveis Linguïstics
de la Universitat Politècnica de Catalunya.
2/9 
3)
Obriu la simulació d'Interactive Physics “Caiguda lliure,
massa diferent” del fitxer 
( vegeu la figura 2).
, la
simulació s'inicia i si feu clic a 
,
s’atura. Abans de tornar a començar heu de fer clic a 
.
, podeu
variar la resistència de l’aire, i fins hi tot anul·lar-la.
4)
Obriu la simulació d'Interactive Physics “Caiguda lliure,
massa igual” del fitxer 
, és sempre vertical i va cap avall. Per tant, si el fregament amb l’aire
és zero, i deixem caure un cos A
i un altre cos B
simultàniament des d’una altura determinada, tots dos cauen amb
la
acceleració i arriben simultàniament a terra i amb la
velocitat
( vegeu la figura 2).
, la simulació
s'inicia i si feu clic a 
, s’atura.
Abans de tornar a començar heu de fer clic a 
.
, podeu
variar la resistència de l’aire, i fins hi tot anul·lar-la.
, és sempre vertical i va cap avall. Per tant, si el fregament amb l’aire
és zero, i deixem caure un cos A
i un altre cos B
simultàniament des d’una altura determinada, tots dos cauen amb
la mateixa acceleració i arriben simultàniament
a terra i amb la mateixa velocitat.
, sempre
és vertical i va dirigida cap avall. Per tant, si suposem que el fregament
amb l’aire és zero, i deixem caure un cos A i un altre cos B, simultàniament
des d’una altura determinada, tots dos cauen amb la mateixa acceleració
i arriben a terra simultàniament i amb la mateixa velocitat.
