Unitat 1 - La Ciència PDF

Unitat 1: LA CIÈNCIA 1.- La ciència és... Resum del mètode científic (VÍDEO) 1. Observació: el científic observa un succés. 2. Recerca d’informació en diferents fonts. 3. Formulació de la hipòtesi. Es tracta d’una explicació possible. Aquestes hipòtesis han de ser contrastables (és a...

Unitat 1: LA CIÈNCIA 1.- La ciència és... Resum del mètode científic (VÍDEO) 1. Observació: el científic observa un succés. 2. Recerca d’informació en diferents fonts. 3. Formulació de la hipòtesi. Es tracta d’una explicació possible. Aquestes hipòtesis han de ser contrastables (és a dir, han de poder ser comprovades). 4. Experiment. Són experiències pràctiques que serveixen per a demostrar si la hipòtesi és correcta o no. Aquest ha de ser reproduïble. 5. Obtenció de resultats i ordenació en taules/gràfics. 6. Conclusió i formulació de lleis o teories. 2.- Física i química Què és la física? I la química? I què és un canvi químic i un canvi físic? La física Ciència que estudia les propietats i el comportament de l'energia, la matèria, l'espai, el temps i les interaccions entre aquests quatre conceptes. La química Ciència que estudia la composició, estructura i propietats de la matèria, i els canvis que experimenta durant les reaccions químiques i la seva relació amb l'energia. En resum... https://www.youtube.com/watch?v =OYfusObKf9U Un canvi és la transformació d’un sistema (cosa o conjunt de coses) al llarg del temps. Aquest canvi pot ser físic o químic. ❖ Un procés, fenomen o canvi és físic si implica una transformació sense que hi hagi modificació de la matèria. Canvi físic: 􏰆matèria invariable Així, la mecànica, l’electricitat, el magnetisme, els canvis d’estat... són fenòmens físics. ❖ Un procés, fenomen o canvi és químic quan implica una transformació amb modificació de la matèria. Canvi químic: 􏰆 matèria transformada Activitat 1. Classifica els següents fenòmens segons si és un canvi físic o químic físic químic Evaporació de l’aigua x Combustió d’una fusta x Salt de pèrtiga x Oxidació d’una reixa de ferro x Putrefacció d’una poma x Digestió d’un entrepà x Solidificació de l’aigua líquida x 3.- La matèria i les seves propietats Les propietats de la matèria són el conjunt de magnituds mesurables que podem classificar en generals i específiques https://www.youtube.com/watch?v=swcjamDFsn0 - Propietats generals : són comunes a tots els cossos independentment de la substància de què estiguin fets. Per exemple : la massa, el volum i la temperatura. Ens expliquen com és un objecte però no ens permet identificar de quina substància està fet un objecte. - Propietats específiques : Són característiques de cada cos i depenen de la substància de què estan fets. Per exemple : el color, la transparència, la duresa, la plasticitat, la resistència, la densitat. Ens permeten diferenciar i identificar de quina substància està fet un objecte. 4.- La mesura Les qualitats dels objectes que podem mesurar de forma objectiva s’anomenen magnituds. Aquestes es poden expressar amb un valor numèric acompanyat d’una unitat. És una magnitud l’olor? I el temps? Per què? 4.1.- Les unitats de mesura Les unitats han de: ➔ Ser constants. ➔ Ser universals. ➔ Adequada a la mesura que es va realitzar. ➔ De fàcil reproducció i assequible. Una longitud s’ha de comparar amb una altra longitud. Mai es podrà comparar amb una massa, o una temperatura o un temps. 4.2.- Sistema internacional d’unitats El SI (sistema internacional d’unitats) marca les unitats de mesura més emprades. A la següent taula pots veure les unitats fonamentals o bàsiques del SI. Magnituds fonamentals 4.3.- Les magnituds Ja hem vist les magnituds fonamentals o bàsiques. Combinant aquestes magnituds podem obtenir les magnituds derivades. Són magnituds derivades: el volum o la densitat. El volum Definim el volum com : l’espai que ocupa un cos. Com podem mesurar el volum? Definirem dues formes: - Mitjançant un càlcul matemàtic. - Experimentalment. La densitat - Definició La densitat relaciona la massa d’un objecte amb el volum que ocupa. Si dos objectes tenen la mateixa forma i volum, serà més dens aquell que tingui més massa. Penseu en l’oli i l’aigua. Quin queda a sobre i quin a sota? El més dens (té més massa) anirà a sota i el menys dens (té menys massa) , a sobre. La densitat - Utilitat És una propietat característica per a cada substància ja que ens indica la massa que té un sistema material per unitat de volum. En el cas de tenir una substància desconeguda, conèixer la seva densitat és en moltes ocasions suficient per a identificar-la. La densitat - càlculs i unitats Hem dit que la densitat relaciona la massa i el volum d’una substància, per tant, la fórmula que ens permetrà calcular-la serà: Les unitats del sistema internacional són: massa = kg i volum = m3 3 Llavors, les unitats de densitat seran kg/m Per comoditat també es fan servir altres unitats com: (kg/L = kg/dm3) i (g/mL = g/cm3) 1.- Quina és la densitat d’un objecte que té una massa de 1130 g i ocupa un volum de 100 mL? 2.- Un soldadet de plom té una massa de 35 g. El seu volum és de 25 cm³. Quina densitat té el soldadet? 3.- En una proveta (instrument de vidre útil per mesurar volums, imatge) de 500 mL de capacitat, l’omplim d’aigua fins a un nivell de 300 mL. A continuació hi introduïm una figura de marbre de 298 g i el nivell de l’aigua ascendeix fins a 410 mL. Quina és la densitat de la figura? 4.- Una proveta (instrument de vidre útil per mesurar volums, imatge) de 250 cm³ conté aigua fins a 100 cm³. Introduïm 1 moneda de 120 g i el nivell d’aigua puja fins als 177 cm³. Quina és la densitat del material amb el qual està fabricada la moneda? 5.- Calculeu la massa de 1500 cm³ de benzè que té una densitat de 0,88 g/cm³. 6.- La densitat de l'alcohol és 0,8 g/cm³. Quina és la massa de 120 cm³ d'alcohol? 7.- La densitat del potassi és 0,862 g/cm³. Quin és el volum de 120 g de potassi? 4.4.- Els aparells de mesura La longitud es mesura amb una cinta mètrica. Si es requereix més precisió es pot emprar un peu de rei. Les mesures de massa es fan amb una balança. Les mesures de temps es fan amb un cronòmetre. Les mesures de volum es poden fer amb una proveta, una pipeta, una bureta, etc. Els aparells de mesura tenen les següents propietats: ➔ Sensibilitat: mesura mínima. ➔ Precisió es refereix a la dispersió en els resultats de les mesures. ➔ Exactitud es refereix a la proximitat entre la mesura real i la mesura obtinguda. 5.- Els factors de conversió Recordeu que és un factor de conversió? Els factors de conversió ens permeten fer canvis d’unitats, però ho veurem amb exemples. Els factors de conversió El volum Activitat 2: Emprant els factors de conversió passa al S.I. a) 890 mm b) 97 setmanes c) 2500 cg d) 51000 nm e) 75 Gm f) 8 dm3 g) 6 anys h) 7 l i) 356 cm2 j) 25 km³ k) 39 hl l) 362 mm² Activitat 3: Emprant els factors de conversió passa al S.I. a) 25 km/h b) 800 g/cm c) 900 dm/min d) 44 h/mg 6.- Notació científica Moltes vegades les mesures tenen valors molt alts o molt baixos de forma que les xifres que els representen poden ser excessivament llargues. Per a solucionar aquest problema s’empra la notació científica que consisteix en escriure la xifra amb un sol nombre sencer seguit dels decimals que siguin necessaris i multiplicat per una potència de deu. L’exponent serà: ★ POSITIU: si partíem d’un número gros i per a escriure el nombre amb decimals (notació científica) hem hagut de moure la coma cap a l’esquerra. ★ NEGATIU: si partíem d’un número petit i per a escriure el nombre en notació científica hem hagut de moure la coma cap a la dreta. https://www.youtube.com/watch?v=qljxJs7cJVQ La notació científica Per saber-ne més: https://www.youtube.com/watch?v=95gVI7enNO4 Activitats de notació científica Canvia de “notació científica” a “nombre sencer”: SOLUCIONS 7.- Xifres significatives En un mesurament, les xifres significatives són els dígits que coneixem amb exactitud i certesa. Per exemple: 53,2 cm té 3 xifres significatives. Regles: 1. En números que no contenen zeros, tots els dígits són significatius. Ex1: 4,523 (4 xifres signif) 2. Tots els zeros entre dígits significatius són significatius. Ex2: 70,054 (5 xifres significatives) 3. Els zeros a l’esquerra del primer dígit que no és zero serveixen només per a fixar la posició del punt decimal i no són significatius. Ex3: 0,0789 (3 xifres significatives i NO 5) 4. Nombres amb coma decimal, els 0 de la dreta del decimal són xifres significatives. a. Ex: 432,0 (4 xifres significatives) Ex: 0,0020 (2 xifres significatives) 5. Nombres sense coma decimal, els 0 del final poden ser o no xifres significatives a. 7000 (4 xifres significatives) c) 70·10² (2 xifres significatives) b. 7·10³ (1xifres significatives) Operacions amb xifres significatives Multiplicació o divisió: El nombre de xifres significatives no pot ser mai major que la dada que menys xifres significatives tingui. Exemple: 5,2 (2 xs) · 7,83 (3 xs) = 39,882 = 40 (2xs) Suma o resta: El resultat no pot tenir més dígits més enllà de la posició de l’últim dígit comú de tots els sumands. Exemple: 7,3 + 0,009 = 7,309 =7,3 Activitat 5: Quantes xifres significatives? a) 24 b) 3001 c) 0,0320 d) 6,4·10² e) 560 f) 10000000 g) 0,0000002 h) 2333 i) 05204,1 Activitat 6: Expressa el resultat de les següents operacions amb el nombre de xs correcte. a) 34,6 + 17,8 + 15 = b) 34,6 + 17,8 + 15,7= c) 28,4 + 32,844 + 0,452 + 2,786 = d) 1396 · 7,5= e) 670/1479= f) 8,1 · 876 · 0,975= Activitat 7: Resol les següents equacions: a) (S/2) - 2 =18 b) 70 + 3F =(60/2) c) (45/3) + 7 = 3A 8.- Taules i gràfiques La ciència té com un dels seus principals objectius trobar les lleis físiques que regeixen els fenòmens naturals i va experimentar una gran transformació en el segle XVII, quan es va descobrir que és possible analitzar i descriure la natura utilitzant la matemàtica. Per tant, la matemàtica és molt important en la ciència. Algunes lleis es poden expressar en forma d’equació matemàtica que no és més que una relació entre les magnituds que intervenen en el fenomen estudiat. El cas més senzill és el fenomen en el qual únicament intervenen dues magnituds, de manera que a cada valor de laprimera li correspon un únic valor de la segona. Quan es realitzen els experiments, s’obtenen una sèrie de dades que s’han analitzar i determinar una relació entre elles. En molts casos és possible descobrir-la, mitjançant la representació gràfica de les dades i una equació matemàtica que les relaciona. 8.1.- Tipus de gràfiques 8.1.1. Rectes A) Funció lineal La funció lineal o de proporcionalitat directa, és a dir, en la que la variable depenent és directament proporcional a la independent, s’expressa de forma matemàtica mitjançant l’equació y=m x (m és la pendent) i la seva gràfica és una recta que passa per l’origen. Exemples: - Desplaçament d’un cotxe a velocitat constant, quan en l’instant inicial la posició és zero. - Moviment d’una cinta transportadora, una vegada a superat el temps d’arrencada. B) Funció afí: La funció afí és de la forma y=mx + n, on m és la pendent i n és l’ordenada en l’origen. La seva gràfica és una recta que talla l’eix d’ordenades en el punt (0,n). Exemples: - Posicions d’un cotxe que es mou a velocitat constant en funció del temps, quan en l’instant inicial la posició és diferent a zero. 8.2.- Normes per a la construcció de gràfiques 8.2.1. Tipus de paper Per a facilitar la construcció de gràfics és necessari utilitzar paper mil·limetrat o quadriculat. 8.2.2. Elecció de variables Una convenció establida per a construir les gràfiques, és representar en l'eix de les abscisses (eix horitzontal), la variable independent, la qual correspon a la magnitud el valor de la qual escull l'experimentador; i en l'eix de les ordenades (eix vertical), la variable dependent, és a dir, la magnitud el valor de la qual es determina en funció (és a dir, depèn) de la variable independent. En la gràfica següent podem comprovar que la variable independent és el temps i la variable dependent és la velocitat. 4.2.3. Eixos i escales 1. Cada eix representa un conjunt de valors numèrics d'una magnitud física, per la qual cosa cada eix ha de ser retolat, és a dir, indicar que representa, i entre parèntesi la unitat corresponent. 2. S'ha de triar una escala adequada, la qual dependrà dels valors experimentals que es troben en la taula. De tal forma, que l'últim valor de la taula arribi quasi fins al final dels eixos de coordenades. 3. Les escales en tots dos eixos han de ser fàcilment subdivisibles per a permetre així una ràpida i senzilla lectura. Així, per exemple, cada 7 quadradets una unitat faria realment difícil la ubicació de molts valors. És millor que el nombre de quadradets o mil·límetres que abaste l'escala, siguen 1, 2, 5, 10, 20, 50, etc., segons convinga. 4. Una vegada fixada l'escala, les unitats en un eix han de ser iguals entre si, és a dir, equidistants (no val que en un mateix eix una unitat abaste 5 quadradets i després, la següent 10). 5. Si el nombres que hem de representar són molt grans o menuts podem utilitzar la potència de 10 per la qual han de multiplicar-se els valors representats en els eixos. 6. Els valors experimentals no s'escriuen sobre els eixos. 7. La selecció de l'escala ha de ser tal que els punts no queden ni: a) Molt agrupats, com s'observa en la Figura 1. b) Molt dispersos, com s'observa en la Figura 2. c) De tal forma que s'observe el comportament dels paràmetres amb facilitat (Figura 3). 8. En general la graduació dels eixos ha de començar a partir del zero, el qual sempre es troba situat en el punt de tall d'aquests dos eixos. Això no obstant, a vegades no es pot fer així. Quan passa açò es diu que hi ha una ruptura en els eixos i s’assenyala com pots veure tot seguit (Figura 4). Figura. 4 Ruptura d’eixos 8.2.4. Representació i traçat dels punts experimentals 1. Per a representar els punts experimentals utilitzarem un punt ○, x i □ o de diferent color i. Utilitzarem dos punts diferents quan en un mateix gràfic representem dues gràfiques. 2. La recta o corba ha de ser traçada amb traç suau i fi, de manera que passe per la zona equidistant (el nombre de punts que queden per sobre del traç sigui aproximadament igual al que queda per sota) a tots els punts. En el cas d'una recta utilitzarem una regla i en el d'una corba ho farem a mà alçada (Figura 5). 8.2.5. Càlculs Una vegada obtinguda la gràfica es poden realitzar una sèrie de càlculs amb ella, en qualsevol cas, no han de ser utilitzats valors corresponents als punts obtinguts experimentalment, sinó valors que corresponguen a punts situats sobre la recta ajustada manualment: a) Interpolació i extrapolació de dades. Utilitzarem la interpolació quan vulguem predir valors situats entre els estudiats i extrapolació quan els valors es troben fora dels estudiats. b) Pendent d'una recta El pendent d'una recta, m, ens indica la seva inclinació respecte a l'eix horitzontal i representa el que varia la variable independent (Δx = x2 - x1) respecte a la dependent (Δy = y2 - y1). 8.2.6. Títol Apareixerà en la part superior del gràfic, especificant l'experiment realitzat. Càlcul de la pendent (m) Per calcular la pendent hem de seleccionar dos punts qualsevols: (x1,y1) i (x2, y2) Es calcula segons la fórmula: m = (y2 - y1)/(x2- x1) Per ex: (3, 1’5) i (4,2) m=(2-1’5)/(4-3) m=(0,5)/(1) m=0,5 Activitat 8. Les posicions d’un cotxe en funció del temps estan representades en la Taula 1. a) Representa la gràfica posició en funció del temps. b) Calcula la pendent de la recta. Què representa? c) Quina és la posició del cotxe en l’instant 25 s? I en l’instant 110 s? d) En quin instant el cotxe es troba en la posició 160 m? I en la posició 375 m? e) De quin tipus és la gràfica? Activitat 9. La Taula 2 en mostra la massa que tenen diferents volums d’una substància. a) Representa la gràfica massa en funció del volum. b) De quin tipus és la gràfica? c) Calcula la pendent de la recta. Què representa? d) Quina és la massa que té 28 cm3 de la substància? I la de 110 cm3? e) Quin volum ocupa una massa de 75 g de la substància? I una massa 310 g? Activitat 10: Les posicions d’un cotxe en funció del temps estan en la Taula 4. a) Calcula el pendent de la recta. b) Quina és la posició del cotxe en l’instant 5,5 s? I en l’instant 11 s? c) En quin instant el cotxe es troba en la posició 300 m? I en la posició 700 m? d) De quin tipus és la gràfica? Activitat 11. La taula 5 representa les posicions d’una pilota que cau des d’un edifici de 200 m fins que arriba al sòl. a) Calcula el pendent de la recta. b) Quina és la posició de la pilota en l’instant 4,2 s? c) En quin instant la posició de la pilota és 180 m? En quin instant arriba al sòl? d) De quin tipus és la gràfica?