15è aniversari

QUADERN DE PRÀCTIQUES DE

FÍSICA

1r de BATXILLERAT

15è aniversari

PRÀCTICA 1: EL PÈNDOL SENZILL. MESURA DE L’ACCELERACIÓ DE LA GRAVETAT. 1.- OBJECTIUS

2.- FONAMENT TEÒRIC Un pèndol senzill es construeix agafant una corda de longitud r i fixant un dels seus extrems. De l’altre extrem es penja un objecte pesat de massa m, i es fa oscil·lar separant-lo un cert angle α respecte de la seva posició d’equilibri vertical. S’anomena oscil·lació completa quan deixant anar el pèndol des d’una certa posició aquest torna a la mateixa posició amb les mateixes condicions de moviment. S’anomena període, T, el temps que triga el pèndol en fer una oscil·lació completa. 3.- MATERIAL 4.- PROCEDIMENT 1)Talla un tros de corda d’1m de longitud i lliga-hi en un extrem l’esfera petita. 2) Fixa l’altre extrem de la corda a un suport de manera que l’esfera quedi penjant 30cm. (l1) 3) Separa el pèndol de la seva posició d’equilibri un angle petit ( uns 5º aproximadament ) i compta el temps (t1) de 10 oscil·lacions completes. 4) Separa el pèndol de la seva posició d’equilibri un angle petit ( uns 10º aproximadament ) i compta el temps ( t2) de 10 oscil·lacions completes. 5) Augmenta la longitud de la corda fins a 60cm. (l2) 6) Repeteix els passos 3) i 4) i anotem t3 i t4. 7) Augmenta la longitud de la corda fins a 90cm. (l3) 8) Repeteix els passos 3) i 4) i anotem t5 i t6. 9) Repeteix tots els passos amb l’esfera gran i anota els temps: t7 , t8 , t9 , t10 , t11 i t12.

15è aniversari

5.- DADES

30cm

60cm

90cm

Angle petit

Angle gran

Angle petit

Angle gran

Angle petit

Angle gran

Esfera petita

Esfera gran

6.- CÀLCULS 1) Calcula el període, T, de cada moviment estudiat.

30cm

60cm

90cm

Angle petit

Angle gran

Angle petit

Angle gran

Angle petit

Angle gran

Esfera petita

Esfera gran

2) Calcula el quocient T2/r , agafant com a valors els corresponents a l’esfera petita i a l’angle petit i anomena’ls K1 , K2 i K3.

ESFERA PETITA i ANGLE PETIT

r1

T1

K1

r2

T2

K2

r3

T3

K3

15è aniversari

7.- GRÀFIQUES 1) Representa gràficament T/r , agafant com a valors els corresponents a l’esfera petita i a l’angle petit. 2) Representa gràficament T2/r , agafant com a valors els corresponents a l’esfera petita i a l’angle petit.

15è aniversari

8.- QÜESTIONS 1) L’angle influeix en el període? 2) La massa de l’esfera influeix en el període? 3) Qui va més de pressa, un pèndol curt o un de llarg? Per tant, la longitud del pèndol influeix en el període? 4) Què faríeu si un rellotge de pèndol s’avancés? 5) Per què els rellotges de pèndol solen anar malament al mig de l’estiu i al mig de l’hivern? 6) Per què per mesurar el T mesurem el temps en fer 10 oscil·lacions? 7) Compara els valors obtinguts en l’apartat 2 dels càlculs.

15è aniversari

8) D’acord amb tot el que s’ha obtingut en aquesta pràctica, escriu l’expressió matemàtica que lliga el període d’un pèndol senzill amb la seva longitud. 9) Calcula el valor de l’acceleració de la gravetat : g.

9.- CONCLUSIONS

15è aniversari

MUNTATGE

15è aniversari

PRÀCTICA 2: MOVIMENT RECTILINI UNIFORME: TUB D’AIGUA. 1.- OBJECTIUS - Estudiar un moviment rectilini uniforme. - Construir una taula de dades. - Representar e interpretar representacions gràfiques. - Treballar de manera neta i ordenada en el laboratori. - Treballar en grup. 2.- FONAMENT TEÒRIC D’acord amb les lleis de Newton, un objecte s’accelera quan la força resultant que se li aplica no és nul·la i, a més a més, l’acceleració és directament proporcional al valor d’aquesta. Quan un cos cau verticalment dins un fluid, inicialment, accelera. Però a mesura que el cos guanya velocitat, apareix la resistència amb el fluid. De fet, el cos continua accelerat fins que les forces s’equilibren. En aquest moment l’objecte cau a velocitat constant, és l’anomenada velocitat límit. 3.- MATERIAL - Tub de plàstic transparent - 2 taps de goma de diferents mides - Una cinta mètrica - Un cronòmetre - Cinta adhesiva de pintor - Fil de pescar, xinxeta i un bis 4.- PROCEDIMENT 1) Tapem el tub de plàstic amb un dels taps, el més gran i que hi vagi bé, és clar. 2) Enganxem la cinta de pintor en un lateral del tub i hi fem marques cada 10 cm. 3) Omplim el tub d’aigua i el fixem perquè quedi totalment vertical. 4) Pesem el tap petit i prenem les mesures necessàries per calcular el seu volum. 5) A la part ample de l’altre tap hi clavem la xinxeta i hi lliguem el fil de pescar. Aquest fil el subjectarem amb un bis. 6) Deixem caure el tap pel tub en el mateix instant que disparem el cronòmetre. 7) Prenem el temps de pas del tap per cada senyal de la cinta. 8) Repeteix el procés tres vegades. 5.- DADES

Posició/Temps

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t1

t2

t3

15è aniversari

6.- CÀLCULS I GRÀFIQUES. 1) Calcula el valor mitjà del temps i la incertesa.

Posició/Temps

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t

Incertesa

2) Representa en un gràfic la posició en funció del valor mitjà del temps trobat. Ajusta la recta de regressió i calcula el pendent.

15è aniversari

3) Fes un dibuix del tap i calcula el seu volum. 4) Dibuixa un diagrama de les forces que actuen sobre el tap mentre està caient pel tub. Calcula el valor de l’empenta que fa l’aigua sobre el tap. 5) Calcula la força de fricció sobre el tap si considerem que baixa a velocitat constant. 7.- QÜESTIONS 1) Fes el dibuix del muntatge de l’experiència.

15è aniversari

2) Si canviem l’aigua per un altre líquid, el tap caurà a la mateixa velocitat? 3) Què diu el Principi d’Arquímedes? 4) Hieró II (Hieron, Ἱέρων) (Siracusa abans del 306 aC- 216 aC) fou tirà de Siracusa, fill d’un siracusà notable de nom Hièrocles que deia ser descendent de Geló I i d’una serventa. El rei Hieró II va lliurar or a un artesà perquè li fes una corona. Com que el rei sospitava que l' artesà l’havia enganyat substituint part de l’or per plata, va encarregar a Arquímedes que ho comprovés. Com ho va comprovar? Se’n va sortir? Explica la llegenda. 8.- CONCLUSIONS

15è aniversari

PRÀCTICA 3: MOVIMENT RECTILINI UNIFORMEMENT VARIAT. 1.- OBJECTIUS - Estudiar el moviment de caiguda lliure. - determinar l’acceleració de caiguda i la dependència de la massa del cos. - Treballar de manera neta i ordenada en el laboratori. - Treballar en grup. 2.- FONAMENT TEÒRIC La baixada d’una bola metàl·lica per un guia d’alumini en forma de U, inclinada un cert angle, es pot presentar com una experiència de caiguda lliure alentida. 3.- MATERIAL - Una guia d’alumini en forma de U de 2,5m - Una bola metàl·lica - Una cinta mètrica - Un cronòmetre - Una vareta metàl·lica - Paper mil·limetrat - Un retolador 4.- PROCEDIMENT 1) Fem una marca cada 40cm a la guia. Marquem els punts O, A, B, C, D, E i F. 2) Elevem un extrem de la guia per tal que quedi un pla inclinat, uns 15cm. 3) Posem la bola a l’extrem superior de la guia, punt O, i la deixem caure. Mesurem amb el cronòmetre el temps que triga per arribar al punt A. Ho repetim cinc vegades. 4) Repetim el pas anterior amb cadascun dels punts B, C, D, E i F. 5.- DADES

Punt / temps (s)

t1

t2

t3

t4

t5

A

B

C

D

E

F

15è aniversari

6.- CÀLCULS i GRÀFIQUES 1) Calcula el valor mitjà del temps.

PUNTS

A

B

C

D

E

F

t(mitjana)/s

2) Completa la següent taula:

Posició, x (m)

0m

0.4m

0.8m

1.2m

1.6m

2m

2.4m

2x (m)

t (s)

t2 (s2)

2x/t2

3) Representa gràficament 2x respecte t2, ajusta a una recta i calcula el pendent.

15è aniversari

4) Representa x respecte el temps. QÜESTIONS 1) Aristòtil (384aC-322aC) afirmava que si un cos té el doble de massa que un altre tardarà la meitat de temps per fer un moviment donat. Aquesta idea i d’altres proposades per Aristòtil van perdurar durant segles sense que ningú gosés rebatre-les. Però al segle XVI, Galileo Galilei (1564-1642) dissenya un experiment que li permet qüestionar la idea d’Aristòtil. A quines conclusions va arribar Galileo Galilei?

15è aniversari

2) Quin tipus de moviment realitza la bola? Raona la resposta comparant el temps que triga la bola per a recórrer un tram (40cm) respecte al temps que triga en fer el tram anterior. 3) Quina és la pendent de la recta de la primera gràfica?

15è aniversari

4) Compara aquest valor amb la mitjana dels valors obtinguts a la taula 2x/t2. 5) Què canviaria si augmentéssim l’angle d’inclinació de la guia? 6) Quina seria l’acceleració de la bola si l’angle d’inclinació s’apropés a 90º? 7) Què passaria si agaféssim una bola amb el doble de massa? 8) Qui tenia raó Aristòtil o Galileo Galilei?

15è aniversari

MUNTATGE

15è aniversari

PRÀCTICA 4: FEM PUNTERIA. 1.- OBJECTIUS - Estudiar el tir parabòlic experimentalment i teòricament. - Saber discutir i comparar un resultat teòric amb el corresponent resultat experimental. - Treballar de manera neta i ordenada en el laboratori. - Treballar en grup. 2.- FONAMENT TEÒRIC Quan llancem un cos en una direcció no vertical, cau descrivint una corba. Aquest moviment anomenat tir horitzontal o tir oblic, serà parabòlic si la trajectòria que el cos descriu és una paràbola. Això succeeix quan la única força que actua sobre el cos és el pes. Així el tir parabòlic és un cas particular del moviment amb acceleració constant 3.- MATERIAL - taula - guia metàl·lica o de plàstic - bola de ferro - llibres - regle - cinta adhesiva - cronòmetre 4.- PROCEDIMENT 1.- Preparem el muntatge següent: 2.- Calculem l’abast màxim teòricament.

2.1.- Anotem les dades inicials: α , xo i yo .

2.2.- Calculem la velocitat inicial amb la qual surt la bola del pla inclinat, suposant que no hi ha fregament i que la bola cau lliscant i no rodant.

2.3.- Calculem l’abast màxim. 3.- Determinem experimentalment l’abast màxim. 4.- Discutim les diferències entre el resultat teòric i el resultat experimental, si existeixen.

15è aniversari

5.- CÀLCUL TEÒRIC DE L’ABAST MÀXIM 5.1.- Dades inicials: α = xo = yo = 5.2.- Calculem l’angle α. 5.3.- Calculem la velocitat inicial amb la qual surt la bola de la guia.

15è aniversari

5.4.- Calculem teòricament l’abast màxim. 6.- CÀLCUL DE L’ABAST MÀXIM EXPERIMENTALMENT

1

2

3

MITJANA

ARITMÈTICA

ABAST (m)

7.- DISCUSSIÓ 1.- Compara el resultat experimental i el teòric.

15è aniversari

PRÀCTICA 5: PRINCIPI D’ACCIÓ I REACCIÓ. 1.- OBJECTIUS - Comprovar la tercera llei de Newton tot aplicant el principi d’Arquímedes. - Saber treballar en equip dins el laboratori de física, tot utilitzant material de pràctiques. 2.- FONAMENT TEÒRIC Enunciat de la tercera llei de Newton. Enunciat del principi d’Arquímedes. MATERIAL - un dinamòmetre - un fil prim - un tap de goma o un tac de qualsevol material - un got de plàstic - aigua PROCEDIMENT 1.- Determinem el pes ( P1 ) del tap de goma o tac de qualsevol material. 2.- Submergim el tap penjat del dinamòmetre dins l’aigua, però sense arribar a tocar el fons del got. Anotem el que marca el dinamòmetre ( P1’ ). 3.- Determinem el pes ( P2 ) del got amb aigua. 4.- Pesem el got ( P2’ ) , però amb el tap submergit a l’aigua, subjectant-lo amb el fil de manera que no toqui el fons del got.

15è aniversari

P1 P1’ P2 P2’ DADES Pes del tap = P1 = ________ Pes del tap dins del got = P1’ = ________ Pes del got amb aigua = P2 = ________ Pes del got amb el tap submergit = P2’ = ________ CÀLCULS i QÜESTIONS 1.- A què es deu la diferència entre P1 i P1’ ? Quin nom rep? 2.- Si calcules la diferència entre P2’ i P2, què observes? A què es deu aquesta diferència?

15è aniversari

3.- Fes un dibuix on es vegin clarament les forces d’acció i reacció que actuen sobre el tap de goma quan està submergit en aigua en el vas de precipitats. 4.- Explica la llegenda d’Arquímedes i el seu famós principi.

15è aniversari

PRÀCTICA 6: DETERMINACIÓ DEL COEFICIENT DE FREGAMENT ESTÀTIC, µµµµe.

PROBLEMA 1 Donat aquest sistema: a) Fes el muntatge adequat. b) Calcula el coeficient de fregament estàtic entre el cos 1 i la superfície de la taula. c) Elabora l’informe de pràctiques. A1) Canvia el tac de fricció 1 per un altre de diferent superfície i fes els càlculs de nou. A2) Canvia la superfície posant, per exemple, un paper de vidre fixat a la taula i fes els càlculs de nou.

M1

Porta pesos

ACTIVITATS D’AMPLIACIÓ

15è aniversari

PROBLEMA 2 Donat aquest sistema: a) Fes el muntatge adequat. b) Calcula el coeficient de fregament estàtic entre el cos 1 i la superfície del pla inclinat. c) Elabora l’informe de pràctiques. A1) Canvia el tac de fricció 1 per un altre de diferent superfície i fes els càlculs de nou. A2) Canvia la superfície posant, per exemple, un paper de vidre fixat al pla inclinat i fes els càlculs de nou.

M1

Porta pesos

ACTIVITATS D’AMPLIACIÓ

15è aniversari

PRÀCTICA 7: DETERMINACIÓ DE LA CONSTANT D’UNA MOLLA. 1.- OBJECTIUS - Determinar la constant elàstica d’una molla pel mètode estàtic. - Determinar la constant elàstica d’una molla pel mètode dinàmic. - Saber treballar en equip dins el laboratori de física, tot utilitzant material de pràctiques. 2.- FONAMENT TEÒRIC Enunciat de la llei de Hooke: 3.- MATERIAL - Molles diferents - Regle graduat - Suport - Balança electrònica - Pinça i nou - Portapesos i pesos - Cronòmetre

MÈTODE ESTÀTIC

4.- PROCEDIMENT 1.- Fem el muntatge adequat: agafem el suport i subjectem una pinça amb l’ajuda d’una nou i hi pengem la molla de longitud coneguda. 2.- Pengem el portapesos a la molla i el regle de manera que permeti mesurar l’allargament de la molla. 3.- Anem afegint pesos i mesurant els corresponents allargaments de la molla. 5.- DADES 1) Longitud de la molla , l0 = ________ l0 = ________ m

15è aniversari

2) Omple aquesta taula:

m (g)

m (kg)

P (N)

x (cm)

x (m)

6.- CÀLCULS, GRÀFICS i QÜESTIONS 1.- Representa gràficament el pes en funció de l’allargament.

15è aniversari

2.- Quin tipus de funció existeix entre la força i l’allargament? 3.- Calcula l’equació de la funció representada. 4.- Calcula el valor de la constant de la molla i dedueix-ne les unitats. 5.- Quina massa caldria penjar per tal que l’allargament fos de 5 cm?

15è aniversari

MÈTODE DINÀMIC

7.- PROCEDIMENT 1.- Determinem la massa de la molla, m0. 2.- Subjectem verticalment la molla a la pinça del suport. 3.- Pengem una massa m i deixem que assoleixi la posició d’equilibri. 4.- Separem el conjunt una certa distància i deixem que oscil·li. Mesurem el temps, t, corresponent a n oscil·lacions. 5.- Augmentem els valors de m i mesurem els temps corresponents. 8.- DADES 1) Massa de la molla , m0 = ________

m0 / 3 = ________ 2) Omple aquesta taula:

m (g)

m (kg)

( m+m0/3) (kg)

n (oscil·lacions)

t (s)

T (s)

15è aniversari

9.- CÀLCULS, GRÀFICS i QÜESTIONS

1) A partir de l’expressió que ens dóna el període d’oscil·lació d’una molla de constant K quan se li penja una massa m, troba l’expressió de K. L’expressió que heu trobat no té en compte ni la fricció amb l’aire ni la massa de la molla. En realitat, la massa de la molla també oscil·la per això cal afegir a la massa que oscil·la la massa efectiva de la molla que és m0/3 , sent m0 la massa de la molla. 2) Omple la taula següent fent els càlculs adients:

( m+m0/3) (kg)

T (s)

K (N/m)

3) Calcula el valor de la constant K fent la mitjana aritmètica.

15è aniversari

4) Representa gràficament T2 en funció de m+m0/3 tot fent la taula de valors adient. Taula de valors

T2

m+m0/3

Representació gràfica

15è aniversari

5) Troba l’equació de la recta de regressió e indica el pendent i la ordenada a l’origen. 6) Calcula el valor de la constant K. 7) Compara els resultats obtinguts a partir dels dos mètodes.

15è aniversari

PRÀCTICA 8: RESISTÈNCIES. 1.- OBJECTIUS - Aprendre a utilitzar el polímetre per mesurar resistències. - Muntar de manera correcte resistències en sèrie i en paral·lel o derivació. - Calcular la resistència equivalent de manera teòrica i experimentalment. - Treballar de manera correcta i ordenada en el laboratori. 2.- FONAMENT TEÒRIC Si tenim diferents resistències i les muntem en sèrie i en paral·lel o derivació el que aconseguirem és una gran varietat de resistències. Si muntem dues resistències en sèrie, la resistència equivalent es calcula: Si muntem dues resistències en paral·lel o derivació, la resistència equivalent es calcula:

CODI DE COLORS DE LES RESISTÈNCIES

15è aniversari

3.- MATERIAL - Polímetre - Resistències problema - Placa 4.- PROCEDIMENT 1.- Mesura amb l’òhmmetre el valor de tres resistències problema. 2.- Connecta les resistències 1 i 2 en sèrie i mesura la resistència equivalent. 3.- Connecta les resistències 1 i 2 en paral·lel i mesura la resistència equivalent. 4.- Mesura el valor de la teva resistència. 5.- CÀLCULS I QÜESTIONS 1.- Completa la taula següent:

RESISTÈNCIES

CODI DE COLORS

VALOR MESURAT

R1

R2

R3

15è aniversari

2.- Calcula teòricament el valor de la resistència equivalent del muntatge en sèrie i compara’l amb el valor experimental trobat. Hi ha diferències?

VALOR TEÒRIC

VALOR EXPERIMENTAL

Requivalent

3.- Calcula teòricament el valor de la resistència equivalent del muntatge en paral·lel i compara’l amb el valor experimental trobat. Hi ha diferències?

VALOR TEÒRIC

VALOR EXPERIMENTAL

Requivalent

15è aniversari

4.- Quin és el valor de la teva resistència? 5.- Què passa si mesures la teva resistència però amb els dits mullats?

15è aniversari

PRÀCTICA 9: ASSOCIACIÓ DE QAUTRE RESISTÈNCIES Donat el següent sistema de resistències : a) Dedueix el valor teòric de les quatre resistències a partir del codi de colors i mesura el valor real amb el tèster. Calcula la resistència equivalent a partir dels valors teòrics i a partir dels valors reals.

RESISTÈNCIES

CODI DE COLRS

MESURA

R1

R2

R3

R4

RESISTÈNCIA EQUIVALENT

RESULTAT TEÒRIC

RESULTAT REAL

RESULTAT AMB

EL TÈSTER

Requiv

b) Fes l’informe de la pràctica.

R1

R2

R3

R4

15è aniversari