Forces i moviment – Pensa

Les forces que actuen sobre un cos condicionen el seu estat de moviment. Ara bé, estem tan acostumats a viure a la Terra, envoltats d’aire, i a observar que qualsevol moviment necessita una força impulsora, que som incapaços de concebre que un cos es pugui moure sense la presència de forces.

Les forces són responsables només dels canvis en el moviment dels cossos, i no són necessàries per mantenir un moviment quan aquest ja existeix.

Ara informa’t sobre què signifiquen els conceptes INÈRCIA I FREGAMENT.

Ja ho tens?

Doncs ara respon a les següents preguntes a la teva llibreta:

1) Quina funció fa el paracaigudes? Quina relació té a veure amb els conceptes anteriors?

2) Per què hem de frenar-nos si anem amb patins sobre gel i si no ho féssim continuariem en moviment? Explica-ho utilitzant un concepte dels anteriors.

3) Per què quan anem amb cotxe i frenem de cop se’ns tira el cos endavant? També té a veure amb un concepte dels anteriors.

4) Per què quan engeguem a la muntanya russa se’ns tira el cos enrere? Té a veure amb la pregunta anterior.

 

La força i l’acceleració – Pensa

Observa la imatge següent:

Hem dit, a l’entrada anterior, que les forces ens calen per canviar el moviment del cossos. Ara pensa: Si fem la mateixa força sobre els dos cossos, quin canviarà més la seva velocitat?

I ara pensa més , quin motor haurà de fer més força per engegar-se, el d’una moto o el d’un camió?

Quan fem una força sobre un cos, aquest cos s’accelera i s’accelerarà més quan més gran sigui la força que hi haguem aplicat. Hi estàs d’acord?

Però no només depèn de la força que hi apliquem, sinó que també depèn de la massa del cos.

Si s’exerceix una mateixa força sobre dos cossos amb masses diferents, el canvi de velocitat es notarà més en el cos que té una massa més petita. Es podria dir que la massa d’un objecte és una mesura de l’oposició que aquest ofereix als intents de modificar el seu moviment. Això ens relaciona amb el concepte d’ inèrcia que hem parlat a l’entrada anterior. Hi veus la relació? Intenta explicar-la!

A totes aquestes conclusions que hem arribat ara, també hi va arribar Newton ara ja fa bastants anys i va trobar la relació entre la massa, l’acceleració i la força que s’aplica a un cos. Ho va recollir en la següent fòrmula:

F = m . a on F = força que s’aplica sobre un cos

m = massa del cos

a = accleració que s’aplica sobre el cos.

Gràfiques del moviment – TEORIA

El moviment d’un mòbil també podem estudiar-lo a partir de les gràfiques: posició-temps i velocitat- temps.

Per entendre el gràfic posició- temps, mira’t aquest tutorial.

Observant la pendentde les gràfiques del moviment uniforme podem fer-nos una idea sobre la velocitat que porta el mòbil i cap a on es desplaça. Observa l’explicació que tens en aquest enllaç.

Quan ho hagis mirat tot, escolta les explicacions de la professora.

La caiguda lliure – Per pensar

Ara farem una mica de debat entre tots:

a) Què creieu que és la caiguda lliure?

b) Penseu exemples de caiguada lliure.

c) Tirar enlaire una pilota, és caiguda lliure?

d) Amb quin tipus de moviment dels que hem estudiat es pot relacionar?

e) Si tirem una nou i una poma des d’una torre molt alta i no considerem el fregament amb l’aire, quina creus que arribarà abans a terra?

 

 

 

 

Analitzem gràfiques del moviment – Pou

Observa les següents gràfiques i contesta a les preguntes que trobaràs a continuació i envia-ho al pou titulat “gràfiques del moviment” que la professora t’obrirà.

gràfic A

 

 

 

 

gràfic B

 

 

 

 

gràfic C

 

 

 

 

gràfic D

 

 

 

 

a) Quins gràfics representen la posició respecte el temps d’un mòbil?

b) Quins gràfics representen la velocitat respecte el temps d’un mòbil?

c) En la gràfica B: De quina posició parteix el mòbil?

d) En la gràfica D: A quina velocitat va el mòbil?

e) En la gràfica C: Explica què succeeix en els trams a, b i c.

f) En la gràfica A: Què succeeix al tram 2?

 

Els moviments variats – Llegeix i pensa

Hi ha altres tipus de moviments, anomenats no uniformes o variats, en què la velocitat varia a mesura que passa el temps.

En cap cas, la velocitat no pot canviar instantàniament; sempre es necessita un cert temps, que pot ser molt curt, però mai nul.

Per estudiar el moviments variats es defineix una magnitud, l’acceleració, que relaciona el canvi de velocitat d’un mòbil amb el temps que transcorregut mentre es produeix aquest canvi.

El què estudiarem aquest curs serà el moviment rectilini uniformament accelerat (MRUA).

Pensa en moviments que succeeixin al nostre planeta i que puguin tenir aquest tipus de moviment.

El moviment rectilini uniforme (MRU) – PENSA

Ara et demanem que analitzis el títol d’aquesta entrada:

Què significa moviment rectilini uniforme? Pensa en cada paraula per separat i després intenta realitzar una definició conjunta.

Aquest moviment no és molt habitual en la natura, però és el més senzill per començar amb el tema de la cinemàtica i teniu les eines matemàtiques per poder calculcar-lo. Per això comencem per aquest.

Per entendre aquest moviment i veure una lliçó amb moviment, vés en aquesta pàgina i comença pel primer apartat.

L’acceleració – Observa i practica

Ara aprendrem a mesurar l’acceleració mitjana (sempre calcularem la mitjana) que és l’increment de velocitat instantània per unitat de temps.

La fòrmula per calcular-la és:

La unitat d’acceleració del SI és el m/s cada s, que es representa simbòlicament com a m/s2.

Per pensar: Què passa si el mòbil frena? Com serà l’acceleració?

Ara, per practicar, fes els exercicis següents de MRUA a la teva llibreta. Però primer en farem algun de demostratiu a la pissarra, perquè veigueu com va.

MRU – Classe magistral

Ara la professora explicarà el moviment rectilini uniforme i les seves fòrmules per calcular-lo. Simplement has de tancar l’ordinador, escoltar i prendre apunts. Som-hi!

La caiguda lliure – Observa i anota

Si deixem caure dos cossos (una poma i una nou, per exemple) des d’una certa altura i suposem negligibles els efectes del fregament amb l’aire, observarem que arriben a terra al mateix temps.

La raó és que els dos cossos tenen la mateixa acceleració, la qual cosa és fàcilment deduïble de la llei de Newton (que hem dit anteriorment), si suposem que l’única força que actua sobre el cos que cau és el seu pes:

F=m⋅a

P= m.g

m⋅g=m⋅a

g=a

A la Terra, la caiguda lliure d’un cos qualsevol es produeix amb una acceleració de 9,8 m/s2 si els efectes de les forces de fregament són menyspreables i es pot suposar que el pes és l’única força que actua sobre el cos. Per això, l’acceleració coincideix amb el valor de la gravetat terrestre.

Però abans hem dit que el moviment de caiguda lliure té relació amb el moviment rectilini uniformament accelerat (MRUA). Com podem relacionar-ho?

Pista: Si ja has trobat l’acceleració amb aquesta nova fòrmula, què et faltaria tenir per trobar la velocitat que adquireix un cos al caure? I l’alçada des d’on cau?

 

Introducció al moviment – PENSA

Un dels fenòmens més elementals que es produeixen en la naturalesa és el moviment.

La branca de la física que estudia el moviment s’anomena cinemàtica.

  • Però què significa moviment? Pensa una miqueta.

Per exemple, si estàs adormit al vagó d’un tren i el tren va cap a Barcelona, t’estàs movent? I una roca clavada a terra, que es mou?

Ara mira’t aquesta imatge:

 

 

 

S’ha mogut alguna fitxa? Com ho saps?

Fem una mica de debat a classe.

El sistema de referència – TEORIA

Com hem deduït després de pensar una estoneta a l’entrada anterior, el moviment és el canvi de posició d’un cos en transcórrer el temps.

Del cos que es mou o té capacitat de moure’s en direm mòbil.

Però a l’entrada anterior també hem parlat sobre si una pedra clavada a terra es mou o bé si una persona adormida en un tren que va cap a Barcelona, està en moviment.

Doncs la resposta és que tot, tot, tot, es mou.

Ho entendràs amb un exemple. Queda’t en repòs, sense moure’t….. Ara et pregunto si et mous: Estàs en moviment? . Segurament respondràs que no. I és veritat. No et mous respecte del terra que tens als peus, o per algú que t’observi prop teu…. Però també estàs en moviment. Algú que t’observés des de la Lluna et veuria donant voltes a gairebé 1600 km/h!… I si algú et pogués observar des d’una gal·làxia propera et veuria desplaçant-te amb la Terra a una  velocitat aproximada de 106.000 km/h.

Per tant, això de moure’s és relatiu. Això significa que necessitem un  sistema de referència a l’hora de saber si un cos està en  moviment o en repòs: podem considerar que  un cos es mou respecte a un punt de referència, i en canvi pot estar en repòs si prenem un altre punt.

A partir d’ara nosaltres agafarem com a referència per saber si alguna cosa es mou o no, el nostre planeta, excepte si indiquem el contrari. És a dir, qualsevol cos unit a la Terra en una posició fixa, com un edifici, una carretera, etc.

Per tant, si estàs adormit en un vagó de tren que va cap a Barcelona, estàs en repòs (sense moviment) respecte el seient i la finestra del tren però en moviment respecte el paissatge.

El sistema de referència – PRACTICA

 

 

Ara que ja sabem que per saber si un cos es mou s’ha de tenir un sistema de referència, practica contestant a les següents preguntes a la teva llibreta:

 

 

1- Indica quin és el sistema de referència del moviment que es menciona en cadascuna de les frases següents:

a) La Terra es mou al voltant del Sol.

b) Una llanxa s’acosta a un transatlàntic.

c) El tren està corrent molt.

2- Un passatger d’un tren que circula a gran velocitat afirma que “els arbres passen molt de pressa per la finestra”. És correcta aquesta afirmació? Quin sistema de referència utilitza el passatger del tren?

 

La caiguda lliure – Exercicis

Per fer els exercicis de caiguda lliure has de tenir en compte el següent conveni de signes que sempre s’utilitza per fer aquest tipus de problemes:

La gravetat (o accleració, en aquest cas) sempre es prendrà com a negativa.

La velocitat serà positiva si l’objecte puja cap amunt i negativa si baixa.

L’alçada (o posició) serà negativa si l’objecte cau i positiva si l’objecte puja.

Fes els següents exercicis a la teva llibreta:

1-

2-

3-

b. I l’alçada de l’edifici, la pots saber?

La trajectòria – OBSERVA I ANOTA

La trajectòria descriu el camí que fa un cos quan es mou per l’espai, i està formada pel conjunt de punts per on passa el mòbil quan fa un moviment.

Aquests camins poden tenir formes molt diverses però es poden classificar en dos grans grups:

  1. Trajectòries rectilínies: Formen una recta.
  2. Trajectòries curvilínies

2.1. Moviment circular: la trajectòria és una corba amb trajectòria circular

2.2. Moviment parabòlic: la trajectòria és una corva anomenada paràbola.

2.3. Moviment el.líptic: la trajectòria és una corba tancada anomenada                                         el.lípse.

 

Ara pensa un exemple de cadascun dels moviments que hem dit i que tingui un mòbil en concret.

Finalment, i per acabar d’entendre-ho, mira’t el següent enllaç.

La posició del mòbil – OBSERVA I ANOTA

Mira’t l’enllaç següent. Llegeix només quan hi ha una sola dimensió i fes l’exercici que el segueix.

Ho has entès? Si et queda algun dubte, demana-ho a la professora.

I ara, fes els exercicis següents a la teva llibreta:

  1. Situa la posició dels diversos objectes sobre la recta graduada en cm. Pren el punt 0 com a origen del sistema de referència.

2.  Els següents pots són separats 15 cm entre sí. Escriu la seva posició amb una xifra i un signe positiu o negatiu segons el pot indicat es trobi a la dreta o a l’esquerra de l’origen del sistema de referència.

El desplaçament – Observa i anota

Imagina’t un mòbil que es trasllada amb moviment rectilini des de la posició inicial de 2m fins a la posició final de 7m.  Quan s’ha desplaçat? Segur que has arribat a la conclusió que s’ha desplaçat 5 m, i, per tant, has fet una resta. Efectivament el desplaçament,  s’obté restant al valor corresponent a la posició final, el valor corresponent a la posició inicial del mòbil. desplaçament = posició final – posició inicial Quan un mòbil es desplaça en sentit negatiu, el seu desplaçament també és negatiu. Si un mòbil fa diversos desplaçaments successius, el seu desplaçament total s’obtés sumant algebraicament els desplaçaments que ha dut a terme. Ara imagina que un mòbil fa una trajectòria circular i torna al seu punt de partida. Aleshores el desplaçament és zero, no? Però sabem que s’ha mogut! Si, perque la trajectòria no era igual a zero. I per la física, desplaçament i trajectòria (o també anomenada distància recorreguda) són conceptes diferents. El desplaçament només coincideix amb la trajectòria quan aquesta és rectilinia.

Observa aquesta animació.

El desplaçament – PRACTICA

Fes els següents exercicis a la teva llibreta per practicar el càlcul del desplaçament:

1- Calcula els desplaçaments dels punts següents:

2- Explica com han de ser els moviments següents o quines particularitats han de tenir per tal que:

a) La posició final tingui el mateix valor que el desplaçament.

b) La posició final sigui zero.

c) El desplaçament sigui nul tot i que no ho sigui la distància recorreguda.

 

3- A la figura següent apareixen les posicions en quilòmetres de cinc estacions d’una via fèrria.

Expressa el desplaçament fet pel tren de la il.lustració en cadascun dels casos següents:

a) Circula de l’estació B a la D.

b) Circula de l’estació C a la E.

c) Circula de l’estació D a la C.

d) Circula de l’estació E a la B.

e) Circula de l’estació A a la E, i després de la E a la C.

f) Circula de l’estació A a la D, i torna a la A.

La velocitat – INVESTIGA

 

Ara et demanarem que investiguis una miqueta. Has d’informar-te sobre el què és la velocitat, com es calcula i en quines unitats es dóna.

 

 

Un cop ho tinguis, pensa una miqueta:

  • Si diem que un automòbil ha fet un recorregut a una velocitat mitjana de 80 Km/h, això significa que s’ha mantingut tota l’estona  a la mateixa velocitat?
  • Què significa això de velocitat mitjana?
  • Quina creus que és la diferència entre velocitat mitjana i velocitat instantània?

Anota-ho  a la teva llibreta i ho comentem a classe.

 

La velocitat i la rapidesa – OBSERVA I ANOTA

Ara que ja saps què és la velocitat, et proposem la qüestió següent:

Imagina dos automòbils, A i B, que es mouen en sentits contraris. La velocitat d’A, que es desplaça en sentit positiu, és de 20 m/s. Com que B es mou en sentit contrari, la seva velocitat s’ha de considerar negativa, de -20 m/s. Per consegüent, les velocitats d’A i B són diferents , ja que tenen signe diferent. Però es pot dir que tots dos mòbils van igual de ràpid.

Per tant:

1- Quina és la rapidesa d’aquests automòbils? Pista: La definició de rapidesa és el valor absolut de la velocitat.

2- Pot ser negativa una rapidesa?

3- És correcte dir que els dos automòbils es mouen a la mateixa “velocitat”?

La velocitat i la rapidesa – PRACTICA

Fes els següents exercicis a la teva llibreta per comprovar el què has après:

1- Les velocitats de quatre mòbils són els següents:

Mòbil A = 15 m/s                             Mòbil B = -12 m/s

Mòbil C = -20 m/s                           Mòbil D = 8 m/s

Ordena els mòbils de menor a major.

a) Segons la velocitat.

b) Segons la rapidesa.

 

2- Calcula a quina velocitat va Usain Bolt, l’home més ràpid del món que el 2009 feia 100 metres amb 9,58 ssegons.

 

 

 

3- Relaciona les velocitats amb el moviment que s’hi adigui més:

a) persones                                                  1) 10 Km/h

b) tren                                                          2) 1 m/s

c) cargol                                                       3) 3 Km/ min

d) nau espacial                                            4) 10 m/s

e) cavall                                                       5) 3 mm/s