Física i Química 3 ESO (català)

F´ısica i Qu´ımica 3r ESO

Pep Forteza Ferrer

Versi´o: 1.10 Darrera actualitzaci´o: 08/09/2015

Imatge de portada iT@c

Índex EL TREBALL CIENTÍFIC............................................................................................... 7 1.1 La ciència ....................................................................................................................... 7 1.1.1 La física i la química ............................................................................................... 8 1.1.2 Els canvis físics i els canvis químics........................................................................ 8 1.2 El mètode científic......................................................................................................... 9 1.3 La mesura .................................................................................................................... 10 1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats .......................................................................... 11 1.3.2 Notació científica ................................................................................................. 12 1.3.3 Múltiples i submúltiples d’unitats ....................................................................... 13 1.3.4 Factors de conversió ............................................................................................ 13 1.3.5 El procés de mesura ............................................................................................ 17 1.3.6 Mesura del temps de reacció .............................................................................. 19 1.4 La matèria i les seves propietats ................................................................................. 20 1.4.1 Propietats generals i característiques ................................................................. 20 1.4.2 Densitat ............................................................................................................... 21 1.4.3 Càlcul de densitats al laboratori .......................................................................... 22 2 ESTRUCURA DE LA MATÈRIA .................................................................................. 23 2.1 Models atòmics ........................................................................................................... 23 2.1.1 Model atòmic de Dalton ...................................................................................... 23 2.1.2 Model atòmic de Thomson.................................................................................. 24 2.1.3 Model atòmic de Rutherford ............................................................................... 24 2.2 L’estructura de l’àtom ................................................................................................. 25 2.2.1 Ions ...................................................................................................................... 26 2.2.2 Isòtops ................................................................................................................. 27 2.2.3 La massa atòmica ................................................................................................ 28 2.3 Radioactivitat .............................................................................................................. 28 2.3.1 Radioactivitat natural i artificial .......................................................................... 28 2.3.2 Tipus de radiacions .............................................................................................. 28 2.3.3 Aplicacions de la radioactivitat ............................................................................ 29 2.3.4 Reaccions nuclears .............................................................................................. 29 2.4 Formes de presentació de la matèria.......................................................................... 30 2.4.1 Elements químics ................................................................................................. 30 2.4.2 Composts químics................................................................................................ 31 2.5 La taula periòdica ........................................................................................................ 31 2.5.1 Grups i períodes................................................................................................... 31 2.5.2 Caràcter metàl·lic................................................................................................. 32 2.6 Enllaç químic ............................................................................................................... 33 2.6.1 Enllaç iònic ........................................................................................................... 33 2.6.2 Enllaç covalent ..................................................................................................... 34 2.6.3 Enllaç metàl·lic ..................................................................................................... 34 2.7 Massa molecular ......................................................................................................... 35 2.7.1 Massa molecular.................................................................................................. 35 1

3

2.8 Introducció a la formulació química ............................................................................35 2.8.1 València i nombre d’oxidació...............................................................................35 2.8.2 Nomenclatura sistemàtica ...................................................................................36 2.8.3 Substàncies simples .............................................................................................36 2.8.4 Ions simples .........................................................................................................37 2.8.5 Composts binaris .................................................................................................38 3 ESTATS D’AGREGACIÓ ............................................................................................45 3.1 Els estats d’agregació ..................................................................................................45 3.2 La teoria cinètica: sòlids i líquids .................................................................................46 3.2.1 La teoria cinètica per explicar els sòlids ..............................................................46 3.2.2 La teoria cinètica per explicar els líquids .............................................................47 3.3 La teoria cinètica: gasos ..............................................................................................47 3.3.1 La teoria cinètica per explicar els gasos...............................................................47 3.3.2 Magnituds pròpies d’un gas.................................................................................48 3.3.3 El plasma ..............................................................................................................48 3.3.4 Jugam amb els gasos............................................................................................49 3.4 Lleis dels gasos.............................................................................................................50 3.4.1 Llei de Boyle-Mariotte .........................................................................................50 3.4.2 Llei de Gay-Lussac ................................................................................................51 3.4.3 Llei de Charles ......................................................................................................52 3.4.4 Llei general dels gasos .........................................................................................53 3.5 Els canvis d’estat..........................................................................................................55 3.5.1 Corba d’escalfament de l’aigua ...........................................................................55 3.5.2 Diferència entre evaporació i ebullició ................................................................58 4 LES MESCLES ..........................................................................................................61 4.1 Substàncies pures i mescles ........................................................................................61 4.1.1 Substàncies pures ................................................................................................61 4.1.2 Mescles ................................................................................................................61 4.2 Tipus de mescles..........................................................................................................62 4.2.1 Mescles homogènies o dissolucions ....................................................................62 4.2.2 Mescles heterogènies ..........................................................................................62 4.2.3 Dispersions ...........................................................................................................63 4.2.4 Dissolucions .........................................................................................................63 4.3 Concentració d’una dissolució.....................................................................................64 4.3.1 Concentració en massa ........................................................................................64 4.3.2 Percentatge en massa..........................................................................................65 4.3.3 Percentatge en volum ..........................................................................................65 4.3.4 Preparació de dissolucions al laboratori ..............................................................68 4.4 Solubilitat.....................................................................................................................68 4.5 Separació de mescles ..................................................................................................70 4.5.1 Garbellament o tamisatge ...................................................................................70 4.5.2 Separació magnètica ............................................................................................70 4.5.3 Filtració ................................................................................................................70 4.5.4 Sublimació............................................................................................................70 4.5.5 Cristal·lització .......................................................................................................70 4

4.5.6 Decantació ........................................................................................................... 71 4.5.7 Destil·lació ........................................................................................................... 71 4.5.8 Cromatografia ...................................................................................................... 71 4.5.9 Centrifugació ....................................................................................................... 71 4.5.10 Separació de mescles al laboratori ................................................................. 71 5 LES REACCIONS QUÍMIQUES .................................................................................. 75 5.1 Les reaccions químics .................................................................................................. 75 5.2 L’equació química........................................................................................................ 75 5.3 Llei de Lavoisier ........................................................................................................... 78 5.4 Classificació de les reaccions químiques ..................................................................... 79 5.4.1 Classificació segons la reagrupació dels àtoms ................................................... 79 5.4.2 Classificació segons la naturalesa del procés ...................................................... 79 5.4.3 Classificació segons l’energia intercanviada ........................................................ 81 5.5 Velocitat d’una reacció química .................................................................................. 81 5.5.1 Efecte del grau de divisió d’un sòlid .................................................................... 81 5.5.2 Influència de la temperatura ............................................................................... 81 5.5.3 Influència de la concentració dels reactius ......................................................... 82 5.5.4 Presència de catalitzadors ................................................................................... 82 5.6 Quantitat de substància, el mol .................................................................................. 83 5.6.1 Pas de massa a nombre de mols ......................................................................... 83 5.6.2 Pas de nombre de mols a nombre de partícules ................................................. 83 5.6.3 Pas de massa a nombre de partícules ................................................................. 84 5.7 Càlculs estequiomètrics............................................................................................... 84 5.8 Reaccions químiques al laboratori .............................................................................. 86 6 LABORATORI ......................................................................................................... 89 6.1 Normes de seguretat................................................................................................... 89 6.2 Pictogrames de seguretat ........................................................................................... 92 6.3 Equip de protecció en el laboratori ............................................................................. 94 6.4 Material de laboratori ................................................................................................. 95 6.5 L’informe de laboratori ............................................................................................... 99 6.6 Maneig del peu de rei ............................................................................................... 100 6.7 Determinació de la temperatura d’ebullició ............................................................. 102

5

6

1 1 EL TREBALL CIENTÍFIC 1.1 La ciència La ciència engloba tota activitat destinada a adquirir nous coneixements mitjançant el mètode científic. Dins la ciència podem distingir: • Les ciències pures o formals estudien conceptes abstractes i serveixen com a eines a les altres ciències. Exemples de ciències formals són les matemàtiques i la lògica.

• Les ciències naturals o experimentals encarregades de l’estudi de l’entorn natural. Les ciències naturals són l’astronomia, la biologia, la física, la geologia i la química.

• Les ciències socials encarregades de l’estudi del comportament humà i de les societats.

Exemples: la història, la psicologia o la geografia.

Cal destacar que la ciència no produeix veritats absolutes, ja que tota llei o teoria científica està subjecta a revisió i modificació d’acord amb noves observacions o dades.

Hem d’anar alerta amb les pseudociències (també conegudes com a falses ciències) que són un conjunt de creences, afirmacions i pràctiques que intenten presentar-se com a científiques però que no compleixen el mètode científic i, per tant, no poden ser provades de forma fiable. Exemples d’aquestes pràctiques fraudulentes són l’astrologia, el tarot, l’homeopatia, ...

7

1. LA CIÈNCIA

1.1.1 La física i la química La física és la ciència que estudia les propietats i el comportament de l’energia, la matèria (a més dels canvis que no n’alteren la seva naturalesa), l’espai i el temps i les interaccions entre aquests quatre conceptes.

La química estudia la composició, estructura i propietats de la matèria a més dels canvis que aquesta experimenta durant les reaccions químiques i la seva relació amb l’energia.

1.1.2 Els canvis físics i els canvis químics De forma més simple podem definir-les a partir del tipus de fenòmens que estudien: La física estudia els fenòmens que no produeixen un canvi de naturalesa de la matèria.

La química estudia els fenòmens que involucren un canvi de naturalesa de la matèria.

Tot i que aquesta visió simplista ens servirà durant aquest curs, cal tenir en compte que existeixen fenòmens que requereixen d’ambdues ciències per a ser estudiats i que existeixen fenòmens físics que produeixen un canvi de naturalesa de la matèria: les reaccions nuclears.

1) Observa les demostracions experimentals i contesta a les següents preguntes: a. Creus que un canvi de color implica sempre un canvi químic?

Escalfar un metall i KMnO4 + NaOH + sacarosa

b. Sempre que aplicam calor a una substància tenim un canvi físic?

Posar sobre plaques calefactores paper i gel

c. Creus que un pas de substàncies sòlides a substàncies líquides és un canvi físic o un canvi químic?

Fusió del gel i reacció entre Ba(OH)2 i NH4Cl

2) Classifica els següents fenòmens segons es tracti d’un canvi físic o un canvi químic.

FIS

8

a.

Evaporació d’un perfum

b.

Combustió de benzina

c.

Salt a la piscina des d’un trampolí

d.

Descomposició de la llum al passar per un prisma

e.

Oxidació d’una clau de ferro

f.

Encendre la televisió

g.

Afegir sucre a la llet

h.

Putrefacció d’un cadàver

i.

Obtenció del vi a partir de la fermentació del raïm

j.

Digestió d’un caramel

QUI

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO

1.2 El mètode científic El mètode científic es refereix a un conjunt de tècniques per investigar fenòmens, adquirir nous coneixements, o corregir i integrar coneixements previs. Normalment es basa en la recol·lecció d'evidència empírica, observable i mesurable, emprant els principis de raonament lògic.

El mètode científic es basa en la reproductibilitat (capacitat de repetir un experiment o tornar a observar un fenomen) i la falsabilitat (possibilitat de negació de la hipòtesi mitjançant altres experiments).

Les fases del mètode científic són: Observació: plantejar-se preguntes a partir de l’examinació d’un fenomen.

Documentació: consultar tota la informació disponible per si trobam la resposta.

Formulació d’hipòtesi: donar una o vàries possibles explicacions al problema plantejat.

Experimentació: estudi d'un fenomen reproduït en condicions controlades (laboratori). És la fase en què investigam, recollim informació i pensam per veure si les hipòtesis són correctes. Alguns fenòmens no es poden reproduir al laboratori i, per tant, únicament podem recollir dades mitjançant l’observació quan es produeixen de forma espontània.

Anàlisi dels resultats: taules, representació gràfica, deducció de fórmules matemàtiques, ...

Obtenció de conclusions: si la hipòtesi de partida és refutada caldrà reformular-la o modificar l’experiment. Si la hipòtesi resulta correcta, cal repetir l’experiment per assegurarnos i en cas que la poguem generalitzar ens conduirà a la formulació d’una llei o teoria.

Publicació dels resultats: de forma que la resta de la comunitat científica conegui i pugui utilitzar els nostres resultats. És molt important compartir el coneixement per tal de fer avançar la ciència (treball en equip). La divulgació és la comunicació a la resta de la societat dels resultats, la qual s’ha de fer deixant de banda els tecnicismes per tal d’arribar a persones que no tenen una formació específica del tema.

3) Tots hem vist com cauen els objectes. Realitza una hipòtesi i dissenya un experiment que ens permeti determinar de què depèn el temps de caiguda d’un objecte.

4) Ens comenten que les gallines ponen més ous quan escolten música clàssica i que, en canvi, escoltar pop no afecta a la producció. Dissenya un experiment per verificar-ho.

9

1. LA CIÈNCIA

1.3 La mesura Les qualitats dels objectes que podem mesurar de forma objectiva s’anomenen magnituds.

Aquestes es podem expressar amb un valor numèric acompanyat d’una unitat.

Per altra banda, hi ha altres qualitats que no poden ser mesurades de forma objectiva (com ara la simpatia).

5) Indica quina de les següents característiques de la matèria són magnituds: a. Bellesa

b. Volum

c. Temperatura

d. Color

e. Preu en euros

f. Sabor

g. Massa

h. Velocitat

Mesurar és comparar una magnitud amb un patró (quantitat de la mateixa naturalesa).

Aquest patró s’anomena unitat i la podem triar de forma arbitrària, sempre que tengui un valor aproximat a l’objecte que volem mesurar. Per exemple, el pam no seria una bona unitat per mesurar el diàmetre de la Via Làctia.

6) El cotxe de la foto va a 100 km/h. Està infringint la llei?

Les característiques que ha de tenir una unitat per tal que sigui útil i adequada són: 1. Ha de ser constant, és a dir, ha de ser la mateixa a tots els llocs i en tot moment.

2. Ha de ser universal, és a dir, ha de poder ser utilitzada per qualsevol persona.

3. Ha de ser fàcil de reproduir, per tant, hem d’obtenir-ne mostres de forma senzilla.

7) Indica si consideres que les següents unitats són o no adequades i per quin motiu.

10

a.

Pam

b.

Metre

c.

Milla

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO

1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats El Sistema Internacional d’Unitats (SI) és el sistema d’unitats més utilitzat al món, tant en ciència com en la vida diària.

El SI es va desenvolupar a partir de l’antic sistema MKS i va ser adoptat a la 11a Conferència General de Pesos i Mesures (París, 1960).

Una característica d’aquest sistema, que constitueix un gran avantatge, és que les unitats es basen en fenòmens físics fonamentals (exceptuant la definició de la unitat de massa que es defineix a partir d’un prototip).

Magnituds fonamentals Les magnituds fonamentals són aquelles que es poden mesurar directament. En el SI n’hi ha set, les quals apareixen a la taula següent juntament amb la seva unitat bàsica i la definició d’aquesta.

Magnitud

Unitat

Símbol

Definició

Longitud

metre

m

Distància recorreguda per la llum en el buit en 1/299 792 458 segons.

Massa

quilogram

kg

Massa d’un cilindre de platí-iridi que es troba a l’Oficina de Pesos i Mesures de Sèvres a París.

Temps

segon

s

Durada de 9 192 631 770 períodes de la radiació corresponent a la transició entre els dos nivells hiperfins de l’estat fonamental del cesi-153.

Temperatura

kelvin

K

Fracció 1/273,16 de la temperatura termodinàmica corresponent al punt triple de l’aigua.

Quantitat de substància

mol

mol

Quantitat de substància d’un sistema que conté tantes entitats elementals com àtoms hi ha en 0,012 kg de carboni-12.

Intensitat de corrent

ampere

A

Intensitat lluminosa

candela

cd

Intensitat d’un corrent constant que circula per dos conductors paral·lels, rectilinis, de longitud infinita, situats a 1 m l’un de l’altre en el buit i que produeix una força entre aquests de 2 · 10 N. Intensitat corresponent a una font que emet una radiació 14 monocromàtica de freqüència 5,4·10 Hz, amb una intensitat energètica en aquesta direcció d’1/683 W per estereoradiant.

11

1. LA CIĂˆNCIA Magnituds derivades Les magnituds derivades sĂłn totes aquelles que s’obtenen a partir de les magnituds fonamentals.

A la taula segßent apareixen alguns exemples de magnituds derivades acompanyades de la unitat del Sistema Internacional. Cal destacar que moltes d’aquestes magnituds tenen altres unitats que es segueixen emprant, com per exemple els litres, que són una unitat de volum (1 l = 1 dm ). Aquestes unitats les veurem a mesura que s’introdueixin als temes corresponents.

Magnitud

SĂ­mbol

SuperfĂ­cie

S

Volum

V

Densitat Velocitat

Unitat SI m

m

kg/m

m/s

v

Magnitud

SĂ­mbol

Unitat SI

Força

F

N (newton)

PressiĂł

p

Pa (pascal)

Energia

E

J (joule)

CĂ rrega

q

C (coulomb)

1.3.2 Notació científica És una manera rà pida de representar nombres utilitzant potències de base deu. Aquesta notació serveix per a poder expressar fà cilment nombres molt grans o molt petits.

Els nombres s’escriuen com un producte ¡ 10 on a Ês un nombre decimal major o igual a 1 i menor a 10, que rep el nom de coeficient i n Ês un nombre enter, que rep el nom d’exponent o ordre de magnitud.

8) Escriu les segĂźents quantitats en notaciĂł cientĂ­fica: b. 8 970 002 321 = d. 0,000 000 000 034 = f. 17 970 =

a. 5 680 000 = c. 0,000 045 67 = e. 0,005 83 =

9) Escriu sense utilitzar la notació científica les segßents quantitats: a. La velocitat de la llum Ês de 3 ¡ 10 m/s =

b. La cà rrega d’un electró Ês de 1,6 ¡ 10 C =

c. La massa de la Terra Ês de 5,98 ¡ 10 kg = Ús de la calculadora

La tecla exponencial EXP o Ă—10x de les calculadores significa “per 10 elevat a“. Exemples: Per fer: 5 ¡ 10

Per fer: 7 ¡ 10 Per fer: 10!

Has de pitjar:

5 EXP 7 .

Has de pitjar:

7 EXP -

Has de pitjar:

1 EXP 5 . o

1

2 .

1

0

^

5 .

10) Realitza els segßents cà lculs utilitzant la calculadora: a. 3,5 ¡ 10 + 7,4 ¡ 10 = c.

12

7 ¡ 10! ¡ 3 ¡ 10

= 2,1 ¡ 10 !

b. '2,3 ¡ 10 ( + )8,9 ¡ 10 = d.

4,5 ¡ 10 ! ¡ '3,2 ¡ 10 + 6,56 ¡ 10+ ( = 7,2 ¡ 10 + 0,13

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO

1.3.3 Múltiples i submúltiples d’unitats Per expressar quantitats molt grans o molt petites el SI defineix una sèrie de prefixes que poden acompanyar a totes les unitats.

Factor 10 10

10

10

!

10

10

10 10 10

+

10

Prefix

Símbol

yotta

Y

zeta

Z

exa

E

peta

P

tera

T

giga

G

mega

M

quilo

k

hecto

h

deca

da

Factor 10 10 10 10

10

10 10 10 10 10

+

!

Prefix

Símbol

deci

d

centi

c

mil·li

m

micro

µ

nano

n

pico

p

femto

f

atto

a

zepto

z

yocto

y

D’on observam que 1 Tm equival 10 m o un picosegon és el mateix que 10 s.

11) Escriu les mesures següents, amb múltiple o submúltiples de les unitats corresponents, utilitzant la notació científica: a. 1,5 µm = m c. 0,5 Mg = mg

b. 0,2 km = cm d. 1 Eg = kg = g

12) Escriu les següents quantitats sense emprar múltiples o submúltiples de la unitat. a. La distància entre la Terra i el Sol és de 150 Gm----------------- >

m

b. La memòria RAM d’un ordinador és de 1024 GB (gigabytes)- >

B

c. La mida d’un àtom d’hidrogen és de 10 nm----------------------- >

m

d. La mida del nucli d’un àtom és de 2 fm---------------------------- >

m

1.3.4 Factors de conversió El factor de conversió ens permet realitzar conversions d’unitats. Es basa en la utilització d’equivalències i igualtat (el numerador és empre equivalent al denominador). Per exemple, sabem que 1 km = 1000 m, per tant, el factor de conversió corresponent serà

10 /// 0 o /// 0.

10

Si volem convertir 3,5 km a metres, començam indicant la dada de partida i ho multiplicam pel factor (o factors) de conversió necessaris:

3,5 km ∙

Entre la dada de partida i el factor de conversió, i entre els diferents factors de conversió s’indica el signe de multiplicació (·) o es deixa sense signe.

1000 m = 3500 m 1 km

La unitat que volem eliminar sempre s’ha de col·locar a la part contrària de la dada de partida. D’aquesta manera es podrà simplificar. Tatxar-les es recomanable per veure si ho estam fent bé.

13

1. LA CIÈNCIA Si volem convertir magnituds compostes, com per exemple de km/h a m/s haurem d’encadenar diferents factors de conversió: Pas de km a m com en l’exemple anterior. Com que en el cas de la longitud ja hem arribat a la unitat desitjada (m) passam al temps.

120 km⁄h = 120

km 1000 m 1 h 1 min ∙ ∙ ∙ = 33,3 m⁄s h 1 km 60 min 60 s

Com que no sabem passar d’hores a segons directament, farem un pas intermedi a minuts (1 h = 60 min i 1 min = 60 s). Fixau-vos en la posició de les hores en el factor de conversió.

Pas de minuts a segons (1 min = 60 s).

Si hem anat tatxant totes les magnituds simplificables ens quedaran metres a la part de dalt i segons a la part de baix. .

En el cas de conversió d’unitats d’àrees o volums, o en general quan tenim unitats elevades a una potència, cal tenir en compte les indicacions següents: Si volem passar de km2 a m2, per trobar l’equivalència entre elles, escriurem primer l’equivalència entre les unitats sense elevar: 1 km = 103 m.

A continuació elevarem al quadrat els dos membres de la igualtat:

'1 km( = '10 m( → 1 km = '10 ( m → 1 km = 10+ m 7,2 km ∙

10+ m = 7,2 · 10+ m 1 km

En el cas del volum, una unitat molt emprada, a pesar de no ser del Sistema Internacional, és el litre (l). Per tal de passar de l’escala dels m3 a l’escala dels litres és necessari tenir en compte l’equivalència 1 dm = 1 l.

0,3 m ∙

10 dm 1 l ∙ = 300 l 1 m

1 dm

Pel que fa a la temperatura, per passar de °C a K (kelvins) seguirem la següent expressió: 8'K( = 8'℃( + 273

Qualsevol quocient, com ara la densitat o la velocitat, pot ser emprat com a factor de conversió, en l’ordre normal o invertit, de manera que les unitats coincideixen amb les de la dada de partida. Per exemple, si tenim un cotxe que va a 120 km/h i que consumeix 6,3 litres als 100 km, podem calcular el consum en litres per hora: 120

km 6,3 l ∙ = 7,56 l/h h 100 km

13) Utilitza el mètode de factors de conversió per a convertir les quantitats següents a la corresponent unitat fonamental del Sistema Internacional: a. 780 mm e. 715 mg

i. 252 cm

m. 47 dm

q. 1 any

14

b. 3,5 h

f. 2 setmanes

j. 72 km/h n. 470 nm r. 6,7 mA

c. 5 kg/h

g. 8547,3 cm k. 8 l

o. 980 μs

s. 8,1 · 10 ! ml

d. 75 g/min

h. – 75 °C

l. 1,8 g/cm

p. 8 · 10 g/cm t. 3,57 hg/min

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO 14) Ordena de major a menor els següents períodes de tems. Escriu els factors de conversió necessaris. a. 2400750 s d. 0,5 anys

>

c. 10 segles f. 3,04 · 10! s

b. 7,5 · 10 min e. 3350 h

>

>

>

>

15) Un any llum és una unitat de distància utilitzada en astronomia que equival a la distància que recorr la llum en el buit en un any. Si la velocitat de la llum en el buit és de 3 · 10 m/s, a quants metres equival un any llum?

16) El consum d’un cotxe és 8,3 l/100 km i el preu del combustible és 1,28 €/l. Determina el cost d’un viatge de 450 km.

17) La banda de rodolament d’un pneumàtic nou té un gruix de 9 mm. Després de recórrer 50 000 km es desgasta fins a arribar al límit legal permès, que és d’1,6 mm de profunditat. (a) Per què arribat a aquest límit s’han de substituir els pneumàtics? (b) Expressa en micròmetres el gruix que es desgasta el pneumàtic per cada quilòmetre recorregut.

18) Expressa en € (euros, eurozona) les següents quantitats: a. 321,54 $ (dòlars, Estats Units) b.

1976 ¥ (yens, Japó)

c. 36,20 £ (lliures, Regne Unit) 19) Cerca informació per tal de completar el següent gràfic en el que es mostra la mida de diferents objectes. Quan es tracti d’objectes que tenen forma circular o esfèrica empra el diàmetre. Teniu l’exemple de l’Everest (amb una altura de 8848 m) ja col·locat.

Objecte Everest Terra

Mida

9 · 10 m

Objecte

Mida

Àtom Via Làctia

Empire State Building

Pista de bàsquet

Persona

Òrbita de la Lluna

Moneda de 2 €

Bacteri

Pilota de bàsquet

Univers

Nucli d’un àtom

Sistema Solar

15

1. LA CIÈNCIA 20) Llegeix la següent notícia apareguda a “El País” i contesta a les preguntes:

La Mars Climate se estrelló en Marte porque la NASA no tradujo kilómetros a millas Los técnicos olvidaron convertir datos de navegación del sistema métrico decimal al inglés (FRAGMENTO DE “EL PAÍS” 2 OCTUBRE 1999 / JAVIER VALENZUELA)

Hace ya tiempo que los organismos públicos estadounidenses, desde la CIA a la NASA, pasando por la Casa Blanca y el Pentágono, no son perfectos ni en las películas de Hollywood.

Pero en ocasiones sus errores rozan el bochorno. Éste es el caso de la nave Mars Climate Orbiter, que la pasada semana se estrelló en Marte. Según informó la NASA, el fallo estuvo en una confusión entre millas y kilómetros. Tan simple como eso. La sonda, construida para navegar según el sistema inglés, recibió antes del despegue las instrucciones de vuelo en el sistema métrico decimal.

El Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, encargado de programar los sistemas de navegación de la sonda, usa el sistema métrico decimal (milímetros, metros, kilómetros y kilos) para realizar sus cálculos, mientras que otro laboratorio, el Lockheed Martin Astronautics de Denver, que diseñó y construyó la Mars Climate Observer, utiliza el sistema inglés (pulgadas, pies y libras). Sin embargo, los datos de navegación no fueron convertidos de un sistema a otro antes del lanzamiento al espacio de la Mars Climate, llamada a ser el primer satélite interplanetario de estudio y seguimiento del clima.

Consecuentemente, la nave sufrió un severa confusión, una especie de esquizofrenia que le llevó a alcanzar el planeta rojo en una posición de órbita equivocada, por lo que se estrelló. El pasado 23 de septiembre, el artefacto se perdió y debe ser ahora pura chatarra espacial.

Una chatarra que costó a los contribuyentes norteamericanos la friolera de 125 millones de dólares (unos 95 millones de euros). El comunicado de la NASA, que reconoce con bochorno ese error de colegial, añade que durante el muchísimo tiempo que colaboraron en el diseño de la sonda los dos equipos no se dieron cuenta de que estaban trabajando con sistemas de medidas diferentes.

i.

Indica les magnituds de longitud, massa i temperatura utilitzades pel Sistema Anglès d’Unitats i cerca les equivalències amb les utilitzades en el Sistema Internacional.

ii.

Expressa les magnituds que s’indiquen en la unitat Sistema Internacional corresponent: a. 180 lliures

b. 6 peus

c. 45 milles/h

d. 100 °F

iii.

És important i necessari acompanyar totes les magnituds de la seva unitat corresponent?

iv.

Els senyals de trànsit a Espanya que limiten la velocitat, estan expressats en el Sistema Internacional?

v.

En la fitxa de l’NBA del jugador de bàsquet espanyol Pau Gasol apareixen les dades de 7 peus i 227 lliures. Què signifiquen aquestes magnituds? Tradueix-les a unitats del Sistema Internacional.

16

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO

1.3.5 El procés de mesura Instruments de laboratori Els instruments de mesura es caracteritzen per: Cotes inferior i superior: són el valor més baix i més alt de la magnitud que calcula.

Sensibilitat: és la quantitat mínima que pot mesurar.

Precisió: ens indica la capacitat de donar el mateix valor per una mesura quan aquesta es repeteix diverses vegades.

Exactitud: és la propietat dels objectes que donen resultats molt propers al valor real. Un instrument pot ser molt precís però no ser exacte, això passaria amb un regle mal graduat.

Xifres significatives Les xifres significatives són els dígits que coneixem amb exactitud quan realitzam una mesura directa, utilitzant únicament un instrument de mesura.

Si empram un regla per mesurar la longitud d’un llapis, únicament podem conèixer amb exactitud fins als mil·límetres, per tant, poden obtenir 13,2 cm o 14,0 cm. Per tant, la mesura tendrà tres xifres significatives.

Cal tenir en compte que 14 cm no és el mateix que 14,0 cm. En el primer cas, la mesura s’ha realitzat fent servir un regle amb una sensibibilitat d’1 cm, mentre que en el segon cas hem utilitzat un regle amb una sensibilitat d’1 mm.

Quan obtenim un valor a partir de càlculs (mesura indirecta), el nombre de xifres significatives del resultat no pot ser mai més gran que la dada que menys xifres significatives té. Cal tenir en compte que sempre hem d’arrodonir el nombre obtingut.

5,1 · 7,82 = 39,882 = 40

21) Indica els errors que trobis en l’informe següent presentat per un alumne: “La massa d’una moneda, mesurada amb una balança d’1 mg de sensibilitat, és de 2,25 g. A més, la seva amplària, mesurada amb un regle graduat en mil·límetres, és d’1,15 cm”.

22) Realitza els següents càlculs i indica el resultat emprant el nombre de xifres significatives adequat. a. 1396 · 7,5 = c. 670/1479 =

b. 7,3 + 0,009 = d. 8,1 · 876 · 0,975 =

Errors en el procés de mesura Sempre que es realitza una mesura es cometen errors. Aquests errors poden ser: Errors aleatoris o accidentals: són fortuïts i impredictibles. No coneixem la seva causa concreta i no es poden evitar. La manera de reduir-ne la seva importància és realitzant vàries mesures i fent la mitjana aritmètica.

Errors sistemàtics: són deguts a un equip de mesura en mal estat o una utilització incorrecta d’aquests per part de la persona. A diferència dels aleatoris, l’error sistemàtic sempre es troba en el mateix sentit (per excés o per defecte). Això fa que la mitjana de

17

1. LA CIÈNCIA diferents mesures no el corregeixi. La manera de corregir-los és calibrant i utilitzant de forma adequada els instruments de mesura.

23) Completa la taula següent amb la interpretació del Water Research Centre de l’analogia del tirador i el blanc per descriure l’error analític.

Quantitat d’errors Sistemàtics

Aleatoris

a) b) c) d) Quina és la millor distribució d’errors per un instrument de mesura?

24) Indica en què consisteix l’error de paral·laxi i de quina forma s’ha d’utilitzar una proveta (o qualsevol altre instrument volumètric) per tal d’evitar-ho.

L’error de paral·laxia és un error sistemàtic / aleatori.

Expressió numèrica dels errors L’error absolut (CD ) d’una és la diferència entre el valor vertader i el valor calculat. Com que en la majoria de casos és impossible conèixer el valor vertader, repetim la mesura diverses vegades i agafam com a valor vertader el valor mitjà (E̅ ) de les mesures.

Expressarem les mesures com: E̅ ± HI .

Per exemple, si tenim 12 ± 1 cm, implica que el valor vertader d’aquesta magnitud es troba entre 11 i 13 cm.

Si no realitzam vàries mesures es considera que l’error absolut coincideix amb la sensibilitat de l’instrument utilitzat.

L’error relatiu (CJ ) és el quocient entre l’error absolut i el valor calculat: error relatiu =

18

error absolut valor calculat

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO L’error relatiu no té unitats i es pot expressar utilitzant %. Dóna una idea de la precisió d’una mesura o càlcul.

25) Quina mesura és més precisa: l’amplada d’un full, que és 210 ± 1 mm, o la distància entre dues ciutats, que és 385 ± 1 km?

26) T’han donat l’oportunitat de guanyar 5 € si eres capaç d’agafar el bitllet. Quin creus que és el motiu pel qual no ho has aconseguit? Creus que això té implicacions en altres àmbits? En quins?

El temps de reacció és el temps que passa entre l’estimulació d’un òrgan sensorial i l’inici d’una resposta o reacció.

A continuació realitzarem la mesura del temps de reacció a classe, tot i que també ho podeu fer a casa a la web http://goo.gl/IG1Tga.

1.3.6 Mesura del temps de reacció Objectius Mesurar el temps de reacció Material Regle de 30 cm o més Procediment 1. Demana a un company que aguanti el regle tal com s’indica a la figura i que el deixi caure sense avisar-te.

2. Col·loca els dits sobre el zero i quan vegis que amolla el regle, tanca els dits sobre ell.

3. Apunta el valor indicat per la divisió que es trobi davall dels teus dits.

4. Repeteix el procediment 10 vegades i calcula la mitjana.

5. Utilitza la fórmula següent per calcular el teu temps de reacció: 2Q O=P R

Per obtenir el temps (t) en segons:

• •

d és la mitjana de la distància en metres g és l’acceleració de la gravetat (9,81 m/s2)

Dades Q

Q

Q

Q

Q!

Q+

Q

Q

Q

Q /

Q̅

19

1. LA CIÈNCIA Resultats 2Q O=P = R

El meu temps de reacció és de El temps de reacció de la classe és de 27) El teu professor d’educació física cronometra el temps que tardes en fer els 100 metres llisos. Et diu que la teva marca és de 13,47 s. És correcte aquesta dada? Per altra banda, com és possible que els rècords dels 100 m llisos siguin 9,58 s pels homes (Usain Bolt) i 10,49 s per les dones (Florence Griffith-Joyner)?

1.4 La matèria i les seves propietats Definim matèria com tot allò que ocupa lloc a l’espai i té massa.

1.4.1 Propietats generals i característiques Les propietats de la matèria són el conjunt de magnituds mesurables, les quals podem classificar en generals i específiques.

Les propietats generals són totes aquelles el valor de les quals no ens serveix per identificar de quina substància es tracta.

Són propietats generals:

Per altra banda, les propietats característiques o específiques tenen un valor propi i característic per cada substància, independent de la quantitat d’aquesta. Això ens permet utilitzar-les per identificar la naturalesa d’una substància desconeguda.

Són propietats característiques:

20

FĂ?SICA I QUĂ?MICA 3r ESO

1.4.2 Densitat

La densitat (representada amb la lletra grega anomenada rho, ) Ês una propietat característica de la matèria que relaciona la massa (m) per unitat de volum (V).

= 28) Completa la taula segĂźent: Sistema material

Massa

Aigua

0,55 kg

Granit

1000 g

Mercuri

S T

Densitat

Volum

1000 kg/m3 360 cm3 0,11 l

13,6 kg/l

29) Com determinaries la densitat de la fusta si disposessis d’un paral¡lelepípede de fusta, una balança i una cinta mètrica? Explica el procediment.

30) Es sap que 450 cm3 d’un líquid pesen 617 g. Quin volum ocuparà 1 kg?

31) Un litre d’oli val 4,5 ₏/litre. Si la seva densitat Ês 0,92 g/cm3, quant costa un quilogram d’oli?

32) Calcula la massa que tÊ un bloc de ferro en forma de cub de 56 cm de costat sabent que la densitat del ferro Ês de 7,90 g/cm3. Quin volum d’aigua necessitaríem per igualar aquesta massa de ferro? Recorda que la massa de l’aigua Ês 1 g/cm3.

33) Per mesurar la densitat del granit hem mesurat la massa i el volum de tres mostres diferents, els resultats de les quals apareixen a la taula segĂźent. Quina seria la densitat del granit?

Massa (g) Volum

(cm3)

Mostra 1

Mostra 2

Mostra 3

1000

2000

2500

360

710

890

34) Un dipòsit cilíndric de 4 m de dià metre i 12 m d’altura contÊ benzina, de densitat 0,68 g/cm3. Si el preu de la benzina Ês 0,6 ₏/kg, quant val la benzina del dipòsit?

(TUVWVXYZ[ = \ ] ℎ) 35) Volem instal¡lar una piscina d’hidromassatge a la terrassa de casa nostra. Abans de realitzar la compra i la instal¡lació cercam informació sobre l’estructura del nostre edifici per sabre quin pes pot suportar sense venir-se avall. L’arquitecte ens diu que l’estructura de la terrassa pot suportar 700 kg/m2.

120 cm

120 cm

60 cm

La piscina que hem elegit pesa 100 kg (estructura i tot el sistema de bombeig i filtratge d’aigua) i les dimensions són les que apareixen al dibuix. Cal destacar que la piscina no es pot omplir completament i que el nivell de l’aigua queda sempre a 10 cm de la part superior de les parets laterals.

Volem sabre quantes persones es podran ficar a la vegada dins la piscina sense fer perillar l’estructura de l’edifici.

21

1. LA CIĂˆNCIA

1.4.3 Cà lcul de densitats al laboratori Objectius Determinar la composició d’un objecte a partir de la densitat.

Material • Proveta • Balança • Bloc de material desconegut Procediment 1. Determina la massa del bloc. Recorda que sempre Ês convenient realitzar un parell de mesures i agafar la mitjana.

2. Determina el volum del bloc utilitzant la proveta.

4. Calcula la densitat.

5. Consulta la taula subministrada per identificar de quin material es tracta.

Dades Mesura 1 m(

)

V(

)

Mesura 2

Mesura 3

Resultats

Calculam la densitat, , del bloc a partir de la fĂłrmula: on m ĂŠs la massa i V ĂŠs el volum La densitat del bloc ĂŠs de:

Conclusions El bloc estĂ format de _________________________. _ '`a/bc (

defghĂł 'j(

dklfmmhnhĂł 'j(

Coure

8960

1357,77

2835

Estany

7365

505,08

2875

Ferro

7874

1808

3023

Plom

11 340

600,61

2022

Zinc

7140

692,68

1180

Metall Alumini

22

2698,4

933,47

2792

Mitjana