IntroduccióQuan expliquem el tema de la caiguda lliure, segur que gairebé tots hem dit alguna vegada allò de “mireu nens: resulta que en absència d’aire tots els objectes cauen amb la mateixa acceleració, vull dir que tots cauen igual, vaja...” i ens hem trobat amb les cares escèptiques i receloses dels nostres estudiants.
Si els volem convèncer, per què no ho fem? Per què no deixem caure objectes ben diferents en el buit? En principi, la cosa és fàcil: només cal agafar un tub transparent i treure’n l’aire. Construcció del tub 
Es tracta de construir un tub de buit, que podrem utilitzar
tant per fer experiments de caiguda lliure com per visualitzar els fenòmens
típics relacionats amb la pressió de l’aire: inflar globus,
llaminadures o bombolles de sabó, fer bullir aigua a baixa temperatura,
observar la (no) propagació del so...
Tot i que el muntatge demana unes quantes hores de feina i
el material no és del tot barat, hem de pensar que, si el fem amb cura,
el podrem utilitzar satisfactòriament durant molts anys amb diverses
generacions d’alumnes.
Eines
- Soldador de lampista (el podeu demanar als companys de Tecno)
- Alicates, tornavisos, tisores, etc..
- Cargol de banc (amb un de petit en tindrem prou)
- Talla-tubs per a tubs de coure (7€ en un basar xinès); es pot
substituir per una serra per metalls, però el talla-tubs va molt més
bé.
- Trepant i broques per fusta
- Serjants; no són imprescindibles, però sempre ens ajuden.
A més, necessitarem una bomba de buit ( vegeu
a la figura 1) que podem demanar en préstec al CDECT
Recomanacions sobre el muntatge de l’aparell:
Com en totes les coses, el muntatge és fàcil
o difícil depenent de la manya de cada persona. Soldar tub de coure no
és difícil, però us recomano que, si no ho heu fet mai,
practiqueu una mica abans de començar el muntatge real. Convé
fer bones soldadures perquè l’aparell ha de ser hermètic.
Si feu forats o rascades a la base o a la tapa de melamina
els haureu de pintar o segellar (l’aire entra per qualsevol escletxa!)
El policarbonat és un material car. Jo ja havia fet
aquest muntatge abans, en un altre institut, amb metacrilat de 3
mm (molt més barat) i havia funcionat perfectament durant molts
anys. Aquest cop ho he provat amb tub de 20
cm de diàmetre, també de metacrilat de 3
mmde gruix (60 € a Servei Estació), però el tub ha
patit una implosió i s’ha esmicolat, per tant...
Precaució! Si ho feu amb metacrilat, jo recomanaria
un gruix no inferior a 5 mm i un diàmetre no superior a 12 cm.
Per estalviar, es pot comprar un tub més curt, de 50
o 60 cm.
Potser l’efecte no és tant vistós, però també
funciona. També pot ser que hi hagi fabricants de policarbonat més
barats que l’indicat a la llista.
Muntatge:
1. Fixem els tres tacs
de fusta a la base de melamina, de manera que serveixin de suport. Ho podem
fer amb cola blanca i un parell de cargols a cada tac.
2. Tallem 9 trossos
de tub de coure de 6 cm
(aprox.) cada un. Si volem fer pràctiques de soldadura, en tallem més
3.
Soldem la part principal de les conduccions, utilitzant 7 segments, dues
tes i dos colzes. Hem de construir una cosa semblant al que es veu a la
figura 2. Les mides no són determinants: només cal que el
conjunt s’adapti a la base de fusta.
4.
Als extrems A i B hi posarem les claus de pas. Cal, per tant, soldar-hi
els adaptadors que porten les claus mateixes. A l’altra banda de
les claus hi posarem dos segments de 6 cm de tub de coure que permetran
l’entrada i la sortida de l’aire.
5.
A l’extrem C hi posarem el vacuòmetre. Caldrà soldar-hi
un adaptador per la rosca del vacuòmetre (segurament, el de 12
mm-1/2''). Enroscarem el vacuòmetre a l’adaptador
amb cinta de tefló.
|
 |
6.
Un cop muntat aquest conjunt, fixem les claus de pas a la melamina i posem
també una o dues grapes al tub per reforçar-ne la fixació
7. A l’extrem
D hi posarem un tros de tub de goma (de butà)
que anirà cap a sota la base de fusta ( vegeu també la figura
3).
8.
Fem la segona part del muntatge. Només cal un tros de tub de coure
de 14 cm, un colze i un altre tros de 6
cm. L’adaptem a la base de melamina fixant-lo amb dues grapes
a un retall de fusta que hem enganxat prèviament amb cola blanca,
tal com es veu a la figura 3.
|
 |
|
9.
Caldrà fer un forat de 12
mm o més, per permetre el pas del tub de coure. El tub sobresurt
uns 3 cm per
la cara superior de la melamina. Cal segellar el forat amb silicona. Opcionalment
podem posar el quart colze a l’extrem lliure del tub, sense soldar-lo.
10.
Ara cal fer els electroimants situats a la part superior del tub de metacrilat
(vegeu 
a la figura 1). Els electroimants permetran deixar caure objectes quan
hi hagi el buit.
|
 |
Preparem una fusta de 5x12
cm i l’enganxem a la tapa de melamina. Hi fem dos forats, amb una
separació d’uns 6 cm, i hi enrosquem els dos cargols de 14
mm. Seguidament, donem 200
voltes (com a mínim) a cada un dels cargols amb fil de bobinar
de 0,5 mm. Finalment,
unim els dos bobinats en sèrie. Els dos extrems lliures els fixem a un
tros de regleta (vegeu la figura 4)
11.
Finalment, fem un forat de 4
mm per passar-hi els fils cap a una altra regleta situada a l’altra
cara de la tapa (exterior). Els cables de connexió a la pila (2
m) els endollarem en aquesta regleta exterior. Convé soldar
dues pinces de cocodril als extrems dels cables, perquè la connexió
a la pila sigui pràctica.
12.
Només falta fer les juntes de goma per al tub principal. Regle,
compàs i tisores, i a retallar!
13.
El muntatge ja està acabat. Ara només cal connectar una
de les sortides a la bomba de buit, i ja podem fer les primeres proves
de buit per comprovar que no hi ha entrades d’aire. Fem un buit
parcial, per exemple fins a -50
cm. Amb les dues claus tancades, el vacuòmetre ha de mantenir
la indicació. Si al cap d’una estona continua marcant -50
cm, felicitats! Ho heu fet molt bé. Si no és així...
14.
Si l’agulla baixa, el muntatge no és hermètic. Amb
aigua sabonosa i un pinzell podrem localitzar on són les escletxes
que ens amarguen la vida.
|
 |
Guia del professorat
Experiments amb el tub de buit
1. Caiguda lliure
Es tracta de deixar caure dos objectes en principi ben diferents,
com ara una ploma (o un paper de fumar, o qualsevol objecte lleuger amb molta
superfície) i un cargol metàl·lic. La ploma la subjectarem posant-la
entre un cargol metàl·lic i l'electroimant.
Farem en primer lloc una caiguda a la pressió atmosfèrica
normal i veurem que el metall i la ploma tenen temps de caiguda ben diferents.
Després repetim la caiguda a l'interior del tub, un cop n'hem tret l'aire.
Observarem que el temps de caiguda de la ploma és gairebé igual
al del cargol metàl·lic (tot dependrà de l'eficàcia de
la bomba de buit que haguem aconseguit).
2. Inflar globus
Experiment típic que consisteix a posar dins del tub
un globus desinflat, però amb una mica d'aire al seu interior. Quan traiem
l'aire del tub, el globus augmenta considerablement el seu volum.
Podem fer el mateix experiment amb "xuxes". Prenem
dues "xuxes" de la mateixa mida. En posem una dins el tub i l'altra
a fora. En treure l'aire la "xuxe" (que està plena d'aire a
la pressió atmosfèrica) s'infla espectacularment
També ho podem fer amb bombolles de sabó.
3. Ebullició
de l'aigua a baixa temperatura
Si tenim una bona bomba de buit i el nostre muntatge és
hermètic, podrem fer bullir aigua tal com raja de l'aixeta. Amb un buit
de -70 cm haurem
d'escalfar prèviament l'aigua fins a uns 40
ºC.
Podem fer el següent:
QUALITATIU (ESO): Omplim un vas de precipitats fins a la meitat
amb aigua a 40 ºC.
Fem que els alumnes toquin l'aigua perquè puguin comprovar que no està
gaire calenta. A continuació hi posem un termòmetre i posem el
conjunt dins del tub de buit. Quan la pressió baixa prou, comença
l'ebullició de l'aigua. El termòmetre serveix per desmentir les
idees d'alguns alumnes que opinen que l'aigua s'escalfa dins del tub. Observant
el termòmetre veurem que la temperatura no puja, sinó que baixa
una mica (se'ls pot explicar que la vaporització és un procés
endotèrmic).
QUANTITATIU (Batxillerat): Si preparem mostres d'aigua a diferents
temperatures (40 ºC
- 90 ºC), amb
l'ajuda del vacuòmetre podrem mesurar a quina pressió comença
a bullir cada mostra. Amb això podrem dibuixar la corba d'equilibri líquid–vapor
per a l'aigua
4. Propagació
del so
Posem un despertador dins del tub (abans haurem demostrat que
sona). Haurem de posar-lo damunt d'uns quants trossos de suro o porexpan per
amortir la propagació a través dels sòlids. Traiem l'aire
del tub un parell de minuts abans de l'hora de l'alarma. Arribada l'hora, si
tot va bé, no sentirem el soroll. Deixem entrar aire lentament i, a mesura
que la pressió va pujant, el so comença a sentir-se.
5. Solubilitat del
gasos
Prenem un vas mig ple d'aigua de Vichy (saturada de gas carbònic)
i el posem dins del tub. Quan la pressió baixa, comencen a sortir bombolles
de gas. Així podrem comprovar que la solubilitat del gas disminueix quan
baixa la pressió.
Si feu aquests experiments, tindreu els alumnes entretinguts una bona estona i veureu que la despesa de material i les hores (que cap superior jeràrquic ens agrairà) invertides en la construcció han estat, d'alguna manera, justificades.
| Inici |
|
|
| ISSN:
1988-7930 Adreça a la xarxa:
www.RRFisica.cat Adreça electrònica:
redaccio@rrfisica.cat
difusio@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. |
Aquesta
obra està subjecta a una
Llicència
de Creative Commons
|
|
Recursos
de Física col·labora amb la
baldufa i també amb ciències
Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària
(Edita: CRECIM-UAB)
|
|
|
5/8 
Tub
de policarbonat de 172/180
mm(int./ext.) i 1000
mm (de longitud)
Vacuòmetre
amb rosca de 1/2"
3
tacs de fusta de 8x5x3
cm (poden ser retalls d’un llistó gruixut) 
Fil
de bobinar 0,5
mm Ø (10
m aprox.)
2
piles de petaca, 2 pinces de cocodril i 2 m de cable paral·lel
