CIÈNCIES NATURALS I Àmbit de les Matemàtiques, de la Ciència i de la Tecnologia.
GRADUAT EN EDUCACIÓ SECUNDÀRIA CFA Teresa Mañé C/ Unió,81 08800 Vilanova i la Geltrú Tfn: 93.893.37.49 cfa-teresamanye@.xtec.net
INDEX UNITAT 1: L’UNIVERS ........................................................... Pàg. 3 UNITAT 2: LA TERRA I ELS SEUS EMBOLCALLS.............. Pàg. 34 UNITAT 3: LA CÈL·LULA....................................................... Pàg. 43 UNITAT 4: ECOSISTEMES :CADENES TRÒFIQUES I DIVERSITAT ........................................................................... Pàg. 69
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
UNITAT 1
L’UNIVERS
PÀG.3
L’UNIVERS
Unitat 1 11
UNITAT 1
QUÈ TREBALLARÀS?
12
què treballaràs? En acabar la unitat has de ser capaç de: • • •
• • •
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
•
Valorar quines han estat les principals aportacions en el coneixement de l’Univers. Indicar quins són els instruments astronòmics més importants. Reconèixer les principals unitats de mesura utilitzades en astronomia. Descriure les principals particularitats dels astres del sistema solar. Explicar les principals característiques de les estrelles i de les galàxies. Explicar el sistema de divisió del cel en constel·lacions. Valorar les actuals teories sobre l’origen i l’evolució de l’Univers.
PÀG.4
L’ésser humà, d’antuvi, davant l’espectacle grandiós de l’Univers, s’ha fet unes preguntes: Com s’ha originat tota aquesta immensitat? • On som, enmig d’aquest Univers que ens sembla infinit? • Quins mecanismes determinen els moviments de la Terra, dels planetes i de la resta d’astres (cossos celestes)? •
L’UNIVERS
Una nit qualsevol. Mires el cel i veus tot un munt d’estrelles. Va passant la nit i les estrelles van canviant de posició. De sobte apareix una estrella fugaç que emet un raig de llum força llarg, i demanes un desig. Podem quedar embadalits durant hores davant la contemplació d’un espai que se’ns mostra infinit: l’Univers.
13
UNITAT 1
1. El coneixement de l’Univers
Algunes d’aquestes preguntes ja han estat contestades per la ciència, gràcies a l’avenç de la tecnologia. D’altres, però, romanen sense contesta definitiva, malgrat que hi ha teories força engrescadores. L’astronomia és la ciència que estudia els astres, tant la seva composició com els seus moviments. L’astronomia estudia, per tant, el Sol, la Lluna, la Terra, els altres planetes, les estrelles, els cometes i, en definitiva, qualsevol cos celeste.
Ara veurem quines han estat les principals aportacions.
Aristòtil (segle IV a.C.) T’has fixat mai en l’ombra que tapa la Terra en un eclipsi de Lluna? Quina forma té? T’has fixat mai en l’arribada d’un vaixell a la costa, des que comença a veure’s fins que hi arriba? Aristòtil fou un filòsof, astrònom i matemàtic grec que, fent aquestes dues observacions, va concloure que la Terra era esfèrica. Per què? La forma de l’ombra en els eclipsis de Lluna, que es produeixen quan la Terra s’interposa entre el Sol i la Lluna, és sempre circular. Això li féu suposar que la Terra era esfèrica. • Quan un vaixell s’atansa a la costa, la primera part que veiem és sempre la punta del velam. Després, a mesura que s’atansa, anem veient progressivament la resta del vaixell. Aristòtil deduí que això succeïa perquè la forma esfèrica de la Terra tapava la part inferior del vaixell. •
PÀG.5
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Al llarg de la història hi ha hagut persones que han anat aportant el seu gra de sorra per al coneixement dels moviments dels astres i l’estructura de l’Univers. Ha estat un camí molt lent fins a l’arribada de les noves tecnologies, cap a finals del segle XIX.
10. UN MÓN FELIÇ?
Un llarg camí
UNITAT 1
L’UNIVERS
14
D’altra banda, Aristòtil creia que la Terra estava immòbil, mentre que el Sol, la Lluna, els planetes i les estrelles es movien girant al seu voltant, seguint òrbites circulars. Cal dir que el cercle era considerat la figura perfecta, i que totes les creences religioses consideraven la Terra com a centre de l’Univers, com a lloc fonamental i primigeni. Els models astronòmics que consideren la Terra com a centre de l’Univers s’anomenen geocèntrics.
Ptolomeu (segle II) Ptolomeu fou un astrònom i matemàtic grec que ideà un complex model geocèntric per tal d’explicar els moviments de la Lluna, el Sol, els planetes i les estrelles. Considerà que la Terra era al centre, immòbil, envoltada de vuit esferes que transportaven els astres fins aleshores coneguts.
centre
Terra
1a esfera
Lluna
2a esfera
Mercuri
3a esfera
Venus
10. UN MÓN FELIÇ?
4a esfera
Sol
5a esfera
Mart
6a esfera
Júpiter
7a esfera
Saturn
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Ptolomeu considerà que cada esfera tenia un moviment específic, d’acord amb les observacions de les posicions dels diferents astres. El resultat final era un complicat sistema d’esferes concèntriques (cada una a l’interior de la immediatament superior) dotades de complexos moviments. Descriví vuit esferes que, per ordre de proximitat a la Terra, situada al centre, transportaven els diversos astres:
8a esfera
Totes les estrelles del firmament
Tanmateix, aquest model no acabava de funcionar gaire bé, ja que les prediccions de futures posicions planetàries seguint el model, no s’ajustaven a les observacions posteriors.
Copèrnic (segle XVI) Copèrnic fou un capellà polonès que proposà un nou model que simplificava molt el model de Ptolomeu. El Sol estava al centre i tant la Terra com la resta de planetes giraven al seu voltant descrivint òrbites circulars. Es conservava la idea d’un fons celeste on es trobaven les estrelles, però ara immòbils. El PÀG.6
Amb el model de Copèrnic, les prediccions sobre posicions planetàries s’ajustaven molt millor a les observacions posteriors, tot i que no de manera exacta. Copèrnic féu circular la seva teoria de manera anònima, per por que se’l considerés un heretge. L’Església denuncià la teoria com a falsa i contrària als llibres sagrats. Tanmateix, el debat ja s’havia iniciat.
L’UNIVERS
El moviment de rotació és el gir que fa un cos sobre ell mateix, al voltant de l’anomenat eix de rotació.
15
UNITAT 1
seu moviment era aparent, causat en realitat per un moviment de la Terra sobre ella mateixa, com si fos una baldufa girant; el moviment de rotació.
Aquest és el primer model heliocèntric: amb el Sol com a centre de l’Univers.
Galileu (segle XVII) Aquest matemàtic nascut a Pisa, observà amb un telescopi construït per ell mateix (potser fou el primer telescopi), com Júpiter estava acompanyat de diversos satèl·lits que giraven al seu voltant.
Kepler (segle XVII) Kepler fou un astrònom alemany, contemporani de Galileu. Estudià a fons les taules de dades sobre posicions planetàries confeccionades per Brahe (astrònom danès que recollí aquestes dades durant gran part de la seva vida). Aquest estudi el portà a postular tres lleis: 1. Els planetes es mouen seguint òrbites lleugerament el·líptiques. 2. Seguint l’òrbita el·líptica, la velocitat del moviment d’un planeta va variant segons la distància al Sol. A més proximitat al Sol, més velocitat planetària. A menys proximitat al Sol, menys velocitat. 3. Com més allunyada del Sol està l’òrbita d’un planeta, menor és la velocitat PÀG.7
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Aquest fet li féu veure que no tots els astres havien de girar per força al voltant de la Terra i, per tant, la teoria de Copèrnic estava ben fonamentada. A partir d’aleshores es pronuncià com a defensor del model de Copèrnic. Malgrat ser catòlic, topà fortament amb l’Església. L’any 1632, s’autoritzà la publicació del llibre Diàleg sobre els dos grans sistemes del món, una obra on Galileu exposava les teories d’Aristòtil i de Copèrnic. Tanmateix, l’Església posà com a condició que Galileu no es decantés per cap de les dues teories i conclogués que els éssers humans mai no podrien determinar el funcionament del món, atès que Déu podria causar uns mateixos efectes per camins diferents. Malgrat tot, la publicació del llibre féu que els intel·lectuals de l’època es pronunciessin a favor de la teoria de Copèrnic, la qual cosa provocà que Galileu fos jutjat per un tribunal de la Inquisició, que el condemnà a presó domiciliària fins a la mort (foren uns deu anys) i a renunciar públicament al model de Copèrnic. Malgrat tot, res no aturà la difusió i l’acceptació de la teoria heliocèntrica.
10. UN MÓN FELIÇ?
Un satèl·lit és un astre que gira al voltant d’un planeta.
UNITAT 1
L’UNIVERS
16
del planeta. Així doncs, Mercuri, el planeta més proper al Sol, es mou a més velocitat que la Terra, i el nostre planeta es mou a més velocitat que Plutó, el planeta més allunyat del Sol. Kepler quantificà amb exactitud les relacions matemàtiques entre la distància al Sol i la velocitat. Amb els seus càlculs, les prediccions s’ajustaven ja a les observacions posteriors. S’havia arribat doncs a conèixer amb precisió els moviments planetaris.
Newton (finals del segle XVII) Newton fou un físic anglès que determinà l’origen dels moviments planetaris i, per extensió, dels moviments de tots els cossos de l’Univers. Considerà que tots els moviments dels astres eren causats per les forces d’atracció entre ells, seguint l’anomenada llei de la gravitació universal. Llei de la gravitació universal de Newton: qualsevol cos de l’Univers és atret per qualsevol altre cos, amb una força directament proporcional a les seves masses i inversament proporcional al quadrat de la distància que els separa. Dit d’una altra manera, com més massa tenen dos cossos, més s’atrauen. Com més lluny estan dos cossos, menys s’atrauen. Això vol dir que si deixes caure una pedra des d’un setè pis, la pedra caurà ràpidament atreta per la Terra, però si un astronauta imaginari deixa anar aquesta mateixa pedra des de ben lluny de la Terra, la pedra no arribarà mai a la Terra. L’atracció entre la pedra i la Terra serà molt petita, i segurament serà atreta amb més força per un astre més proper.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Tornarem a parlar de la llei de la gravitació universal de Newton diverses vegades, més endavant, ja que aquesta llei ens ajudarà a explicar els diversos moviments dels astres.
Segles XVIII i XIX Durant els segles XVIII i XIX l’astronomia progressà molt, en gran part gràcies als avenços tecnològics. Es va concloure que les estrelles eren astres amb llum pròpia, equivalents al nostre Sol, però més llunyans. S’observaren diversos cometes i es van descriure les seves òrbites. Es descobriren els planetes Urà i Neptú, que encara no s’havien visualitzat. Es començaren a elaborar teories sobre l’estructura de l’Univers, les seves dimensions i el seu origen.
Els instruments astronòmics Durant molts segles, les observacions astronòmiques només eren possibles a ull nu. Actualment però, disposem de diversos instruments que faciliten enormement l’observació i la interpretació de tot allò que hi ha més enllà del nostre planeta Terra.
Telescopis La llum que prové dels astres, exceptuant el Sol, és molt minsa a causa de la seva gran llunyania. Per tal de poder observar amb més precisió aquests as-
PÀG.8
A part de l’òptica, un telescopi ha de tenir suport i muntura. El suport més habitual és un trespeus estable. La muntura és el mecanisme que permet dirigir el telescopi cap allà on desitgem. L’atmosfera dificulta l’observació, ja que reté radiacions lumíniques. Per aquest motiu, els millors telescopis es troben en llocs elevats, on la concentració de gasos, i especialment de vapor d’aigua, és menor. També és important fer les observacions lluny de qualsevol font terrestre de llum, per poder percebre amb nitidesa la llum dels objectes celestes. Per tal d’optimitzar encara més les observacions, l’any 1990, els EUA van posar en òrbita, al voltant de la Terra, el telescopi espacial Hubble. Aquest telescopi, que orbita a uns 600 km d’altura i és comandat des de la Terra, ha permès obtenir informacions sobre zones desconegudes de l’Univers. S’han pogut observar galàxies molt llunyanes que no havien pogut ser observades fins aleshores.
Prismàtics És l’equip òptic més a l’abast, econòmic i de fàcil transport. Són una variació del telescopi de refracció, de fet són com dos telescopis de refracció junts.
PÀG.9
L’UNIVERS
UNITAT 1
El telescopi reflector utilitza un mirall corb, situat al fons del tub, per tal de concentrar la llum recollida en un focus. Com que aquest focus es troba a l’interior del tub, cal un segon mirall per tal de desviar la llum cap a l’exterior del tub, a través de l’ocular.
10. UN MÓN FELIÇ?
El telescopi de refracció té un objectiu amb lent que recull els raigs de llum i els concentra. És el telescopi més antic. Com més gran sigui la lent més bé podrem identificar els detalls. El diàmetre de la lent s’anomena obertura.
17
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
tres, des de començaments del segle XVII disposem dels telescopis, uns aparells amb capacitat per recollir i concentrar la llum, la qual cosa permet distingir millor els detalls menors de l’objecte observat. N’hi ha de dos tipus: de refracció i reflectors.
UNITAT 1
L’UNIVERS
18
Permeten localitzar fàcilment objectes que després poden estudiar-se més acuradament amb el telescopi. Els prismàtics estan codificats per dos números separats pel signe X (per exemple 8 X50). El primer número indica l’augment i el segon número l’obertura de les lents frontals en mil·límetres, que condiciona el camp de visió. Com més gran sigui l’obertura, més fàcil serà localitzar un determinat objecte, ja que el camp de visió serà més gran i, per tant, tindrem més punts de referència.
Sondes còsmiques Són aparells no tripulats que s’envien a l’espai per tal d’explorar el sistema solar o l’Univers. Aporten dades que no es podrien recollir des de la Terra. La primera sonda còsmica, anomenada Lunik II, fou llançada a l’espai per l’antiga URSS, l’any 1959, per tal d’explorar la Lluna. A partir d’aleshores s’han enviat moltes sondes més, la gran majoria per part dels EUA. Entre les més famoses estan les sondes Mariner, enviades per explorar Mart, les sondes Voyager, enviades per explorar Júpiter, Saturn, Urà i Neptú i la sonda Galileu, enviada per explorar Júpiter i els seus satèl·lits.
Unitats de mesura A causa de la gran massa dels astres i les enormes distàncies que els separen, els astrònoms utilitzen unitats de mesura específiques. N’esmentarem dues, una de massa i una de longitud.
Massa solar (M ) La massa solar és de 2·1030 kg, i s’utilitza com a unitat de mesura de massa.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Si una estrella fa el triple de massa que el Sol, diem que té 3 M . Expressat en quilograms serien: 3·2·1030 kg = 6·1030 kg.
Any llum L’any llum és la distància que recorre la llum en un any. Com que la llum viatja a una velocitat de 300.000 km/s, per saber la distància que recorre la llum en un any, haurem de saber quants segons té un any i multiplicar-los per 300.000. Ja et deus d’imaginar que el nombre que sortirà serà força gran. 1 any = 365 dies × 24 = 8.760 hores × 60 = 525.600 minuts × 60 = 31.536.000 segons 31.536.000 segons × 300.000 km/s = 9.460.800.000.000 km Així doncs, un any llum són 9.460.800.000.000 km. Tingues clar que l’any llum és una mesura de longitud, utilitzada, per tant, per mesurar distàncies. No la prenguis com a mesura de temps! •
Activitats d’aprenentatge 1, 2, 3 i 4
PÀG.10
19
2. El sistema solar
Què creus que passaria si la Terra s’aturés un moment? Doncs que aleshores, desapareguda la velocitat del moviment orbital de la Terra, només actuaria la força d’atracció entre el Sol i la Terra, i els dos astres acabarien xocant.
El Sol El Sol és un astre amb llum pròpia, és a dir, que genera llum. És el que anomenem una estrella. El Sol és en definitiva l’estrella més propera que tenim. Està format bàsicament per dos gasos: hidrogen (71%) i heli (27%). La seva massa és 745 vegades la de tots els planetes que giren al seu voltant junts. Té un moviment de rotació de 25 dies.
PÀG.11
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Per explicar això hem de remuntar-nos a la formació del sistema solar, fa molts milions d’anys. Imagina’t el Sol, ja constituït i brillant. Imagina’t que la Terra circulava a gran velocitat per l’espai i, per atzar, el seu camí passà prop del Sol. D’una banda, tenim la Terra, a gran velocitat, dirigint-se espai enllà. D’altra banda, tenim l’atracció entre els dos astres. Com es resolgué això? Qui va guanyar? Doncs ningú, hi hagué una mena d’empat. La Terra no continuà amb la seva direcció, però tampoc no xocà amb el Sol. Es produí un equilibri entre la velocitat que duia la Terra i l’atracció entre els dos astres, del qual en resultà un canvi de trajectòria. Aquest equilibri és l’actual moviment orbital el·líptic de la Terra al voltant del Sol. La mateixa explicació és vàlida per explicar els moviments orbitals dels altres planetes al voltant del Sol i dels satèl·lits al voltant dels planetes.
UNITAT 1
La llei de la gravitació universal de Newton diu que tots els cossos de l’Univers s’atrauen. Això explica que si llancem una pedra cap amunt, torni a baixar atreta per la Terra. I la Lluna? Com és que no es dirigeix cap a la Terra i acaben xocant? I la Terra i els altres planetes, com és que no es dirigeixen cap al Sol en comptes d’anar girant al seu voltant?
L’UNIVERS
El sistema solar està format pel Sol i tots els cossos que es troben sota la seva influència gravitatòria, o sia, els cossos atrets pel Sol.
L’UNIVERS
20
La superfície del Sol està a una temperatura d’uns 5.500ºC, i el seu nucli, on es produeixen les reaccions nuclears generadores d’energia, està a uns 15 milions de graus centígrads. L’enorme quantitat d’energia que desprèn el Sol ens provocaria la ceguesa instantània si l’observéssim amb un instrument òptic, encara que fossin uns prismàtics. És per això que la seva observació requereix un potent filtre sobre l’ocular o observar l’ombra projectada a través de l’ocular.
UNITAT 1
La Lluna La Lluna és el satèl·lit que dóna voltes a la Terra. No té aigua ni aire, el seu diàmetre és de només 3.500 km i la seva superfície és plena de cràters originats per impactes meteòrics. El seu moviment de rotació és de 27,3 dies, el mateix temps que triga a completar una òrbita al voltant de la Terra (moviment de translació). Aquesta coincidència fa que sempre vegem la mateixa cara de la Lluna. Mentre la Lluna gira al voltant de la Terra, va girant sobre ella mateixa de manera que sempre en veiem la mateixa cara.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Segur que t’has adonat que la porció de Lluna que es veu va variant dia a dia, seguint les fases lunars: lluna nova, lluna creixent, lluna plena i lluna minvant. Què ho fa això? La Lluna no genera llum, només reflecteix la llum que li arriba del Sol i, malgrat que el Sol il·lumina sempre mitja Lluna, les posicions relatives del Sol, la Lluna i la Terra fan que la visió des de la Terra vagi canviant. Fixa’t en l’esquema següent, en el qual dins dels requadres es veuen les diverses visions de la Lluna des de la Terra durant el moviment orbital lunar:
Quan el Sol, la Terra i la Lluna s’alineen amb exactitud, ocasionen un eclipsi. Un eclipsi és l’ocultació total o parcial de la llum provinent del Sol, eclipsi solar, o de la Lluna, eclipsi lunar.
PÀG.12
UNITAT 1
L’eclipsi lunar es produeix quan la Terra s’interposa entre el Sol i la Lluna. Aleshores el Sol no pot il·luminar la Lluna i, per tant, no podem veure’n el reflex. Aquest fenomen només es pot produir en fase de lluna plena, com es pot deduir de l’esquema de les fases lunars.
21
L’UNIVERS
L’eclipsi solar es produeix quan la Lluna s’interposa entre el Sol i la Terra. Aleshores la Lluna no permet que els raigs de Sol arribin a la Terra. Aquest fenomen només es pot produir en fase de lluna nova, com es pot deduir de l’esquema de les fases lunars.
Els planetes
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Hi ha nou planetes donant voltes al Sol. Per ordre de proximitat al Sol són: Mercuri, Venus, Terra, Mart, Júpiter, Saturn, Urà, Neptú i Plutó. Els quatre primers són rocosos i petits. Els altres estan formats per gas congelat i, excepte Plutó, són força grans.
10. UN MÓN FELIÇ?
El nombre mínim d’eclipsis anuals és de quatre (dos de Lluna i dos de Sol) i el nombre màxim és de set.
PÀG.13
UNITAT 1
L’UNIVERS
22
TEMPS D’ÒRBITA
CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS
88 dies
De dia la temperatura en superfície arriba als 400ºC, però de nit baixa fins a –170ºC, perquè no té una coberta gasosa que retingui calor. No té cap satèl·lit.
Venus
225 dies
Té una coberta de núvols que reflecteix el 76% de la llum que li arriba, per la qual cosa emet molta llum. No té cap satèl·lit.
Terra
365 dies = 1 any
És l’únic planeta on hi ha éssers vius. Té un satèl·lit: la Lluna.
Mart
1,9 anys
És d’un color ataronjat. Té dos satèl·lits: Phobos i Dimos.
Júpiter
11,9 anys
És el planeta més gran. Té 20 satèl·lits.
Saturn
29,5 anys
Està envoltat de quatre anells formats per una gran quantitat de partícules que giren al voltant del planeta. Té 20 satèl·lits.
Urà
84 anys
Té nou anells molt febles, difícils de veure. Té 15 satèl·lits.
Neptú
165 anys
Té 8 satèl·lits, dos de grans: Nereida i Tritó
250 anys
És més petit que la nostra Lluna. La seva òrbita creua l’òrbita de Neptú, la qual cosa fa que, de vegades, Neptú sigui el planeta més allunyat del Sol. Té un satèl·lit: Caront.
PLANETA
Mercuri
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Plutó
Els moviments de rotació i translació generen grans velocitats. Si ens centrem en la Terra, la seva velocitat de translació és de 29,8 km/s. La velocitat de rotació varia segons la latitud. A l’equador és de 0,46 km/s (1.666 km/h). Per què creus que ni ens adonem d’aquestes grans velocitats a les que circula el nostre planeta? Doncs perquè nosaltres hi som dins, formem part de la Terra. És el mateix que passa quan anem dins d’un tren a 100 km/h, que no notem la velocitat.
Els asteroides Te’n recordes del Petit Príncep, aquell personatge de ficció que vivia en un petit asteroide? Els asteroides s’anomenen també planetes menors, ja que són petits astres que orbiten al voltant del Sol de forma similar a com ho fan els planetes. Se’n coneixen uns 5.000 i es creu que n’hi poden haver molts més. Tanmateix, la massa de tots junts és inferior a la massa de la Lluna. El 95% tenen la seva òrbita entre les òrbites de Mart i de Júpiter.
PÀG.14
Meteors i meteorits Els meteors són petits trossos de pedra i/o metall que circulen per l’espai a una velocitat d’uns 30 km/s. Si un meteor es dirigeix cap a la Terra, la gran velocitat que du fa que la fricció amb l’atmosfera l’escalfi molt, i es converteixi en gas. Aquest procés genera una brillantor que marca el recorregut del meteor a partir de l’impacte amb l’atmosfera. Aquest fenomen és més o menys visible des de la Terra (de nit, és clar) segons la grandària del meteor. La línia de llum que s’observa l’anomenem estrella fugaç, malgrat que no té res a veure amb les estrelles. Com més llarga és la línia de llum, més gran era el meteor que l’ha format.
PÀG.15
UNITAT 1 10. UN MÓN FELIÇ?
Es coneixen les òrbites de més d’un miler de cometes, i contínuament se’n coneixen de noves. Els seus noms sovint fan referència als descobridors. Un dels més famosos és el cometa Halley, que segueix una òrbita que va des de més enllà de Plutó fins a una posició entre les òrbites de Mercuri i de Venus. El Halley reapareix cada 76 anys, però hi ha altres cometes que tenen períodes orbitals molt més llargs, de milers d’anys.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Els cometes són petits astres, d’uns 10 km de diàmetre, formats per roques i gas congelat que giren al voltant del Sol seguint òrbites molt el·líptiques, és a dir, molt allargades. Prop d’un extrem de l’òrbita hi ha el Sol, per la qual cosa, tot i que la major part del temps circulen força lluny del Sol, quan s’hi atansen ho fan molt. Quan estan lluny del Sol brillen únicament gràcies a la reflexió dels raigs del Sol, com qualsevol planeta. A causa de la seva petitesa, brillen molt poc. La situació canvia radicalment quan s’atansen al Sol, ja que es van escalfant i, aleshores, part del gas es descongela. El gas descongelat s’allibera de la superfície del cometa formant una cua, que brilla per influència de les radiacions solars. Aquesta cua, a causa del moviment orbital del cometa, se situa sempre en sentit contrari al Sol. Així doncs, cada cop que s’atansa al Sol, un cometa perd part de la seva massa a través de la cua.
L’UNIVERS
23
Els cometes
UNITAT 1
L’UNIVERS
24
Podem considerar que l’atmosfera de la Terra ens fa d’escut davant de possibles impactes meteòrics sobre la seva superfície. La Lluna no té una coberta atmosfèrica, per la qual cosa els meteors arriben amb facilitat a la seva superfície i es formen cràters, com a conseqüència dels impactes. Tanmateix, de vegades els meteors no es consumeixen totalment mentre travessen l’atmosfera, i acaben produint un cràter si cauen sobre un continent. El tros de meteor que arriba a la Terra rep el nom de meteorit. Els meteorits poden desintegrar-se totalment o parcialment en impactar amb la superfície de la Terra. Si després de l’impacte en queda algun tros, s’analitza per tenir més informació sobre la seva composició. Cada any en cauen alguns centenars, però només se’n detecta una dotzena, ja que la majoria cauen al mar o a zones deshabitades. En general les restes són molt petites. •
Activitats d’aprenentatge 5, 6, 7 i 8
3. Les estrelles Les estrelles són astres amb llum pròpia, és a dir, generadors de llum. Com es genera aquesta enorme quantitat de llum? Quant de temps dura l’emissió de llum?
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Cicle d’una estrella Naixement Una estrella es forma quan s’ajunta una gran quantitat de gas, principalment hidrogen, a causa de les forces d’atracció gravitatòria descrites per Newton. Les atraccions entre els àtoms d’hidrogen fan que comencin a col·lidir, amb més intensitat com més gran sigui la quantitat d’hidrogen (la massa de l’estrella). Col·lideixen i reboten per tornar a col·lidir amb altres àtoms. Els xocs entre els àtoms provoquen l’escalfament del gas. Quan el gas té una temperatura molt elevada, els àtoms d’hidrogen ja no surten rebotats de les col·lisions, sinó que es produeix una reacció nuclear de fusió: dos àtoms d’hidrogen (H) es fusionen i se’n formarà un d’heli (He). L’energia que es desprèn en aquesta reacció fa que l’estrella brilli. Si el núvol de gas té una massa inferior al 6% de la massa del Sol (0,06 M ), no pot convertir-se en estrella, ja que el gas no assoleix les condicions necessàries perquè es produeixi la reacció de fusió que hem descrit. Podem dir que les forces d’atracció gravitatòria no seran suficients. Recorda que com més gran és la massa, més gran és la força d’atracció gravitatòria. Així doncs, 0,06 M és el límit que determina que l’astre en formació esdevingui una estrella o no. Hi ha estrelles de diferents mides. Les més grans tenen una massa de 100 M . La massa és el factor bàsic que determina totes les característiPÀG.16
El color de les estrelles també depèn de la massa. Per ordre de major a menor massa, les estrelles poden ser dels colors següents:
L’UNIVERS
Com més gran és la massa d’una estrella, més gran és la intensitat de les reaccions nuclears i, per tant, més gran és la seva temperatura i brillantor. D’altra banda, aquesta elevada intensitat de les reaccions nuclears fa que el seu període d’existència sigui més curt, ja que el combustible (l’hidrogen) se li exhaureix abans. Una estrella de massa petita, tot i brillar menys i tenir menys combustible, té una vida molt més llarga, ja que la intensitat de reaccions nuclears és molt menor.
25
UNITAT 1
ques d’una estrella. Condiciona la seva temperatura, el seu color i el seu temps de vida.
blau • blanc-blavós • blanc • groguenc-blanc • taronja • vermell El Sol és una estrella groguenca-blanca.
Mort
Estrelles de massa gran (més de 3 M ) L’estrella es contrau, però l’elevada massa que conté provoca que la contracció sigui molt més gran que en el cas anterior. Recorda que, segons la llei de la gravitació universal, a més massa més força d’atracció. El resultat és una densitat molt superior a la descrita per a la mort d’estrelles de massa petita, la qual cosa provoca una gran inestabilitat. Fruit d’aquesta inestabilitat, en el centre de l’estrella es produeixen reaccions nuclears que provoquen una gran explosió, la qual permet l’expulsió de les capes més externes de l’estrella cap a l’espai interestel·lar, a una velocitat d’uns 5.000 km/s. Aquest fenomen genera una gran brillantor, apreciable des de la Terra. És el que anomenem supernova, i pot durar dues o tres setmanes. Només n’hi ha tres de ben documentades a la nostra galàxia, visibles a ull nu els anys 1054, 1572 i 1604 (descoberta per Kepler).
PÀG.17
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Estrelles de massa petita (menys de 3 M ) L’estrella es contrau fins que arriba a l’anomenat equilibri gravitacional i s’estabilitza. El resultat d’aquest equilibri gravitacional és un astre amb una densitat de desenes de tones per cm3. Això vol dir que un dau d’1 cm d’aresta d’aquest astre conté una massa de desenes de tones. T’ho pots imaginar? Un petit dau que conté més massa que un tràiler carregat!
10. UN MÓN FELIÇ?
Els àtoms d’heli poden experimentar noves reaccions de fusió, de les quals en resulten nous i variats elements (carboni, nitrogen, ferro, etc). Les reaccions però són menys freqüents, i la temperatura i la brillantor de l’estrella disminueixen. Què passa quan disminueix la temperatura d’un cos? Doncs que es contrau. Això passa a l’estrella quan es queda sense hidrogen, es va contraient més i més. De fet, conté la mateixa massa, però molt més concentrada. A partir d’aquest moment, hem de distingir el que passa a una estrella de massa petita del que passa a una estrella de massa gran.
UNITAT 1
L’UNIVERS
26
L’explosió que genera una supernova permet a l’estrella agonitzant desprendre’s de la massa suficient per poder arribar a l’equilibri gravitacional, de manera similar a com ho fan les estrelles de massa petita, però arribant a densitats superiors, de milers de tones per cm3. Aquest astre tan dens, nucli de l’antiga estrella, s’anomena púlsar. La matèria que surt expulsada a gran velocitat forma una nebulosa, composta per una heterogènia barreja d’elements en forma de gas i pols. A partir d’aquesta nebulosa es formaran noves estrelles i planetes. El nostre sistema solar va néixer a partir d’una d’aquestes nebuloses. Així doncs, el seu origen rau en la mort d’una estrella. Anomenem nebulosa qualsevol formació de gas i pols escampada pel cosmos. Poden brillar si contenen estrelles al seu interior o són il·luminades per estrelles properes. TIPUS DE NEBULOSA CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS nebulosa d’emissió
Són les més brillants. Contenen estrelles al seu interior.
nebulosa de reflexió Brillen menys, gràcies a la il·luminació d’estrelles properes.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
nebulosa obscura
No brillen, ja que estan allunyades de les estrelles.
Un forat negre és un astre similar a un púlsar, però de densitat encara molt més gran, la qual cosa fa que es generi una enorme força d’atracció gravitatòria (a més massa més força d’atracció gravitatòria). El seu origen rau en la mort de les estrelles de massa encara més gran que les que generen l’aparició dels púlsars. Qualsevol cosa que passi prop seu és atreta i engolida pel seu gran poder d’atracció, fins i tot la llum. Això fa que la llum que li arriba d’altres estrelles no es reflecteixi i que la que en ell encara es genera, no pugui sortir. Res no pot escapar-se’n. Es diu que apareix una regió de l’espaitemps d’on res no pot escapar-se i, per tant, res no pot ser observar; un forat negre.
Estrelles dobles Malgrat que no es pot apreciar a ull nu, més del 75% de les estrelles són en realitat estrelles dobles o, fins i tot, múltiples. En general, l’estrella petita gira al voltant de l’estrella gran, de manera que es poden produir eclipsis. Això es reflecteix en una brillantor variable segons que hi hagi eclipsi o no. Quan hi ha un eclipsi, la llum que es pot veure des de la Terra es redueix i quan no n’hi ha, la llum emesa per totes dues estrelles arriba a la Terra amb tota la seva intensitat, per la qual cosa la brillantor és màxima. L’estrella més propera al sistema solar es una estrella doble, α centauri, situada a 4,3 anys llum.
PÀG.18
Les galàxies Les galàxies són congregacions de milers de milions d’estrelles i astres interestel·lars. La seva gran mida fa que la seva forma només es pugui veure si s’observa a molta distància (un milió d’anys llum, almenys) i amb l’ajut d’un telescopi. Cal fer l’observació en una nit clara i lluny de les grans ciutats, per evitar la contaminació lumínica. A causa de la llunyania, apareixen com a objectes pàl·lids i borrosos, amb un aspecte nebulós.
UNITAT 1
Tot i que hi ha estrelles aïllades, com el nostre Sol, n’hi ha moltes que estan agrupades formant cúmuls d’estrelles, agregacions de moltes estrelles (de vegades més d’un milió) separades per distàncies inferiors a un any llum.
L’UNIVERS
27
Cúmuls d’estrelles
Les mides de les galàxies varien força, però generalment tenen un diàmetre comprès entre els 100.000 i els 200.000 anys llum. El gruix és molt més petit, de pocs milers d’anys llum. Vistes des de dalt poden presentar quatre formes: irregular, el·líptica, espiral o espiral barrada.
TIPUS DE GALÀXIA
DIBUIX
irregular
espiral barrada
Vistes de perfil les galàxies tendeixen a adoptar forma de plat volador. Al centre d’una galàxia s’acumula un elevat nombre d’estrelles, la qual cosa fa que augmenti la seva gruixària.
PÀG.19
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
espiral
10. UN MÓN FELIÇ?
el·líptica
La Via Làctia El nostre Sol pertany a una galàxia espiral anomenada Via Làctia que conté, com a mínim, 100.000 milions d’estrelles. El diàmetre és d’uns 100.000 anys llum i la gruixària d’uns 2.000 anys llum, excepte en el centre que arriba als 10.000 anys llum. Imagina’t! Trigaríem 100.000 anys a travessar la nostra galàxia, si poguéssim viatjar a 300.000 km/s! El Sol es troba a uns 30.000 anys llum del centre, en un dels braços.
UNITAT 1
L’UNIVERS
28
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Totes les estrelles que veiem des de la Terra pertanyen a la nostra galàxia. Les estrelles d’altres galàxies no les podem veure individualment a causa de la seva gran llunyania. Únicament podem veure la forma de la galàxia de la que formen part. Si mires amb atenció el cel nocturn lluny de les ciutats, observaràs fàcilment una franja de llum difosa que travessa el cel de banda a banda. És una zona d’una gran concentració d’estrelles, la qual cosa es pot observar fàcilment amb uns binocles o amb un telescopi. El perquè d’aquesta gran concentració d’estrelles en una franja estreta s’explica per la forma aplatada de la galàxia. Fixa’t en el dibuix:
Si, des de la Terra, mirem en direcció a A o E, la nostra mirada travessarà gran part de la galàxia i, per tant, veurem moltes estrelles, que arriben a formar una franja de llum difosa. Si mirem en direcció a B, C, D, F, G o H, la part de galàxia observada serà molt menor, per la qual cosa veurem menys estrelles i, per tant, aïllades i sense formar cap zona de llum difosa.
PÀG.20
Ara com ara, amb la tecnologia que tenim a l’abast, viatjar d’una galàxia a una altra és totalment inimaginable. De fet, també és inimaginable viatjar a l’estrella més propera, α centauri. Podem dir que a l’Univers hi ha ben segur molts planetes amb característiques similars al nostre planeta Terra, i potser també amb vida, però les enormes distàncies ens fan impossible contactar-hi.
L’UNIVERS
29
UNITAT 1
Cúmuls galàctics La disposició de les galàxies a l’Univers no és regular, sinó que s’agrupen formant els cúmuls galàctics, grups d’unes quantes galàxies. La Via Làctia pertany al Grup Local, que conté unes 30 galàxies. La nostra galàxia és la segona més gran d’aquest grup. Les més properes a la nostra es troben a uns 200.000 anys llum i les més llunyanes a més de 2.000.000 d’anys llum. Quin mareig de nombres, oi?
Les constel·lacions Vas passejant de nit pels afores d’un poblet del Pirineu amb una amiga. Mires cap al cel i veus un grup de quatre estrelles que et criden l’atenció perquè dibuixen una mena de romb. Aleshores li dius a la teva amiga:
Hi ha constel·lacions força grans i d’altres de ben petites, amb formes molt diverses. Per què aquesta varietat, si han estat creades artificialment? És una història que ve de lluny. Les primeres constel·lacions van ser descrites en temps antics, pels habitants de l’orient mitjà, que van imaginar similituds entre les disposicions de les estrelles i criatures de faula (com la constel·lació del Dragó) o herois mitològics (com les constel·lacions d’Hèrcules o d’Orió). D’aquesta manera es van descriure les primeres constel·lacions, utilitzades pels navegants per orientar-se de nit. Recollint tota aquesta tradició popular, Ptolomeu descriví 48 constel·lacions. Els astrònoms moderns han dotat de fronteres precises les constel·lacions clàssiques i han introduït noves constel·lacions per tal d’abastar tot el cel. Científicament, el nom de les constel·lacions es diu en llatí. D’aquesta forma, Dragó s’anomena Draco, Hèrcules s’anomena Hercules i Orió s’anomena Orion. En una constel·lació, les estrelles principals, les més brillants, es designen
PÀG.21
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Al final, li faràs veure les estrelles que vols ensenyar-li, però el mètode utilitzat haurà estat poc científic. Els astrònoms, per poder-se entendre més fàcilment quan volen referir-se a un lloc concret del cel, l’han dividit en 88 zones, anomenades constel·lacions. És com si dividíssim el cel en estats. És, per tant, una divisió arbitrària.
10. UN MÓN FELIÇ?
—Mira aquelles estrelles, allà a l’esquerra. —On? —respon ella. —Allà! —repeteixes tot allargant el braç en direcció al grup de quatre estrelles. —Vols dir les estrelles que hi ha a sota d’aquella mena de triangle? —No, més a l’esquerra...
UNITAT 1
L’UNIVERS
30
amb lletres de l’alfabet grec; α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, etc. Generalment es reserva la lletra α per designar l’estrella més brillant, però hi ha excepcions, com la constel·lació d’Orió, en què l’estrella més brillant és la β. A més d’aquesta designació, les estrelles més prominents tenen noms propis. Aquest és el cas de Sirius (α Canis Majoris), l’estrella més brillant del firmament. Normalment, la resta d’estrelles menys brillants, es designen per un nombre. Per designar nebuloses, galàxies o cúmuls d’estrelles, es posa un codi que fa referència a un catàleg astronòmic, on hi ha descrit amb precisió l’objecte. Hi ha tres catàlegs: CATÀLEG
ABREVIACIÓ
Messier
M
New General Catalogue
NGC
Index Catalogues
IC
Els Index Catalogues són, en realitat, dos suplements del New General Catalogue. Per entendre millor tota aquesta terminologia, veurem com a exemple la constel·lació d’Orió:
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
La constel·lació d’Orió, Orion en llatí, és la més brillant de totes. La mitologia parla d’Orió el caçador, representat per un home brandint un garrot i protegint-se amb un escut. S’està enfrontant a Taurus, el brau. Del cinturó li penja una espasa. Va acompanyat de dos gossos, Canis Major i Canis Minor. Just a sota hi ha Lepus, la llebre, que intenta amagar-se.
PÀG.22
UNITAT 1
L’UNIVERS
31
ALGUNS OBJECTES DESTACABLES
És important tenir en compte que algunes estrelles, que vistes des de la Terra, a ull nu, semblen molt a prop, poden estar a grans distàncies. D’altra banda, estrelles que ens poden semblar llunyanes, poden estar relativament força properes. Això és provocat pel fet de no poder veure en profunditat. Per poder localitzar fàcilment una constel·lació, cal utilitzar un planisferi celest, una representació del cel visible sobre un pla. Els planisferis celestes són diferents, segons la latitud de la Terra que es pren com a referència, de manera que, a l’hora de comprar-ne un, cal tenir en compte la latitud per a la qual ha estat dissenyat. Com ja saps, la Terra es desplaça al voltant del Sol seguint la seva òrbita. Això fa que, vist des de la Terra, el Sol canviï de posició contra el fons d’estrelles. Bé, això no ho podem veure perquè la llum del Sol no ens permet veure cap estrella al seu voltant, excepte quan hi ha un eclipsi total de Sol. Ens hem d’imaginar però, que al voltant del Sol hi ha les estrelles d’una determinada part PÀG.23
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
S’anomena també Betelgeuse. És una estrella situada a 310 anys llum. β orionis: S’anomena també Rigel. Està situada a 910 anys llum. És l’estrella més brillant d’Orió. M 42: Nebulosa d’Orió, formada per gas i pols i situada a 1.300 anys llum. M 78: Petita nebulosa allargada centrada en una estrella doble. NGC 1977: Nebulosa allargada situada sobre la nebulosa d’Orió i centrada en l’estrella 42 orionis. NGC 1981: Cúmul d’estrelles situat al nord de la nebulosa NGC 1977. Inclou l’estrella doble Struve 750. NGC 2024: Nebulosa situada a la part superior de ζ orionis.
10. UN MÓN FELIÇ?
α orionis:
del cel, és a dir, d’una determinada constel·lació, malgrat que la llum solar no ens permeti observar-ho. Les constel·lacions per les quals passa el Sol en el seu recorregut aparent (és la Terra la que es mou) es coneixen com a constel·lacions zodiacals: Àries, Taure, Bessons, Cranc, Lleó, Verge, Balança, Escorpió, Sagitari, Capricorn, Aquari i Peixos. La trajectòria exacta que descriu el Sol en el seu moviment aparent a través de totes aquestes constel·lacions s’anomena eclíptica.
UNITAT 1
L’UNIVERS
32
En el cel nocturn podem veure amb facilitat les constel·lacions zodiacals oposades a on es troba el Sol.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
•
Activitats d’aprenentatge 9, 10, 11 i 12
4. L’evolució de l’Univers: origen i futur Quan de nit mires el cel i veus tota aquesta eternitat, no t’has preguntat mai d’on sorgeix tot això? Com s’ha format? Qui ho ha originat? Per què? Hi ha molts filòsofs i científics que intenten trobar respostes a aquestes difícils preguntes. Els avenços tecnològics del segle XX han introduït una mica de llum, malgrat les grans incerteses que encara hi ha. L’any 1929, l’astrònom nord-americà Edwin Hubble descobrí que els cúmuls galàctics s’estaven allunyant els uns dels altres. A partir d’aquest fet, alguns astrònoms, entre els que cal destacar George Garrow, elaboraren l’anomenada teoria del Big Bang (la gran explosió). Aquesta teoria es basa en el fet que, si els cúmuls galàctics s’estan allunyant els uns dels altres, en temps anteriors les distàncies entre ells havien de ser més petites. Si anem tirant enrere i enrere en el temps, arribarem a un moment, fa uns 15.000 milions d’anys, en què tots els cúmuls galàctics i, per tant, tot l’Univers, estava concentrat en un mateix lloc.
PÀG.24
Aquesta situació era totalment inestable i es va produir una gran explosió, el Big Bang. Fruit d’aquesta explosió van sortir partícules atòmiques (protons, neutrons, electrons, neutrins, etc.) escampades pertot arreu. Aquestes partícules atòmiques es van anar unint per formar àtoms senzills, principalment àtoms d’hidrogen i d’heli. Aleshores, els àtoms més propers es començaren a agrupar formant estrelles, tal i com ja vam veure en l’estudi del naixement d’una estrella. Les estrelles més properes s’agruparen formant galàxies i les galàxies més properes romangueren unides en cúmuls galàctics. Tots aquests processos d’agrupament foren ocasionats per les forces de la gravitació universal. Tanmateix, mentre això succeïa, l’Univers s’anava expandint a causa de la velocitat generada per la força de la gran explosió.
L’UNIVERS
33
UNITAT 1
Tota la massa de l’Univers en un mateix lloc! Imagina’t! Tots els cúmuls galàctics, milers de galàxies amb milers de milions d’estrelles cada una! I els planetes, els cometes, les nebuloses... Tot junt. En aquest cas, les forces d’atracció gravitatòria havien de ser enormes, ja que són forces que són més grans com més petites són les distàncies. Aquestes forces eren de tal magnitud que van comprimir tot l’Univers en un punt infinitament petit i, per tant, infinitament dens. Tota la massa de l’Univers en un punt!
Aquesta teoria considera que els esdeveniments anteriors al Big Bang no tenen cap conseqüència en els esdeveniments posteriors al Big Bang. Es considera, per tant, que el temps s’origina en el Big Bang. L’any 1951, l’església catòlica proclamà que la teoria del Big Bang estava d’acord amb la Bíblia, essent la intervenció divina la que originà l’inici del temps amb la gran explosió.
Univers obert
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
L’Univers es va expandint, però les forces d’atracció gravitatòria van frenant aquest procés, el van alentint. D’aquesta manera, els cúmuls galàctics cada cop se separen a menys velocitat. Tanmateix, les forces gravitatòries no són suficients per aturar l’expansió, de manera que l’Univers continuarà expandint-se per sempre més i, per tant, cada cop serà més gran.
10. UN MÓN FELIÇ?
Un cop tenim els cúmuls galàctics expandint-se, hi ha dos possibles camins en l’evolució de l’Univers. Un camí ens du cap a un Univers obert i l’altre cap a un Univers tancat.
PÀG.25
UNITAT 1
L’UNIVERS
34
Univers tancat L’Univers es va expandint, però les forces d’atracció gravitatòria van frenant aquest procés fins a aconseguir aturar-lo. A partir d’aleshores, un cop contrarestada la velocitat d’expansió, només actuen les forces d’atracció gravitatòria. Això fa que els cúmuls galàctics comencin a atansar-se els uns als altres fins que arriben a trobar-se un altre cop en el mateix punt on es va produir el Big Bang. Aquest possible retrobament de tot l’Univers en el mateix lloc s’anomena Big Crunch (el gran cruixit). Alguns astrònoms han calculat que el temps entre el Big Bang i el Big Crunch pot ser d’uns 120.000 milions d’anys. I després del Big Crunch, què? Potser tornar a començar...
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
Aquest model s’anomena d’Univers tancat, perquè l’Univers només s’expandeix fins a uns límits determinats. Arribat en aquests límits, comença a contraure’s.
Hi ha astrònoms que defensen el model d’Univers obert i n’hi ha que defensen el model d’Univers tancat. El que sabem del cert és que ara l’Univers està en expansió. El fet que es pugui arribar o no a aturar aquesta expansió, dependrà de la massa de l’Univers. Si hi ha molta massa, les forces d’atracció gravitatòria seran més grans i, per tant, el procés es podrà aturar. Si hi ha poca massa, les forces atracció gravitatòria no seran suficients per aturar l’expansió i l’Univers s’expandirà per sempre més. Actualment, un cop sumada tota la matèria que coneixem de l’Univers, sembla que ens trobem en un Univers obert. Tanmateix, pot ser que hi hagi una gran quantitat de matèria obscura, que encara no s’hagi detectat i que faria que ens trobéssim en un Univers tancat. •
Activitats d’aprenentatge 13 i 14
PÀG.26
Activitat 3 Exposa breument les tres lleis de Kepler.
Activitat 4 Què cal tenir en compte a l’hora de fer una observació del cel nocturn amb telescopi?
Activitat 5 En quina fase de la Lluna es produeixen els eclipsis de Sol?
Activitat 6 Digues quins planetes tenen un temps d’òrbita menor que la Terra.
PÀG.27
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
UNITAT 1
Activitat 2 Explica què induí Galileu a defensar el model planetari de Copèrnic.
10. UN MÓN FELIÇ?
Activitat 1 Quines observacions van fer pensar a Aristòtil que la Terra era esfèrica?
35
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
Activitat 7 De què està formada la cua dels cometes?
Activitat 8 Quin fenomen provoca l’aparició d’un cràter? Per què hi ha més cràters a la Lluna que a la Terra?
Activitat 9 Explica com es forma una estrella.
UNITAT 1
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
36
10. UN MÓN FELIÇ?
Activitat 11 Digues el nom i la forma de la nostra galàxia. On es troba el Sol dins de la galàxia?
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Activitat 10 Què és una supernova?
Activitat 12 Què són les constel·lacions?
PÀG.28
37
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
Activitat 13 Per què es considera que el temps s’origina en el Big Bang?
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
UNITAT 1
Activitat 14 Explica aquest gràfic:
PÀG.29
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
UNITAT 1
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
38
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ Activitat 1 Marca la resposta correcta. Tingues en compte que només n’hi ha una. 1.- Una de les observacions que féu pensar a Aristòtil que la Terra era esfèrica fou la forma de l’ombra del Sol en els eclipsis de Sol la forma de l’ombra del Sol en els eclipsis de Lluna la forma de l’ombra de la Terra en els eclipsis de Sol l’apropament dels vaixells a la costa 2.- Els planetes que orbiten més lluny del Sol es traslladen a menys velocitat que els més propers es traslladen a igual velocitat que els més propers es traslladen a més velocitat que els més propers no segueixen òrbites el·líptiques 3.- L’observació del cel amb telescopi és millor quan la concentració de gasos atmosfèrics és alta la concentració de gasos atmosfèrics és baixa es realitza prop del mar es realitza de dia 4.- Les sondes còsmiques són aparells tripulats són aparells no tripulats poden ser aparells tripulats o no tripulats que viatgen a altres galàxies poden ser aparells tripulats o no tripulats, però no viatgen mai a altres galàxies 5.- Un any llum són 300.000 km són 300.000 km/s és la velocitat a la qual viatja la llum és l’espai que recorre la llum en un any 6.- L’element més abundant en la formació d’una estrella és l’oxigen l’heli l’hidrogen el nitrogen 7.- En el sistema solar, el Sol no té moviment de rotació ni de translació té moviment de rotació i de translació té moviment de rotació però no de translació té moviment de translació però no de rotació
PÀG.30
10.- La formació de la cua d’un cometa comporta la pèrdua de part de la seva massa una menor brillantor del cometa un augment de la seva massa una disminució de la seva velocitat orbital
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
9.- La majoria d’asteroides giren al voltant de Mart o Júpiter tenen la seva òrbita entre les òrbites de Mart i Júpiter tenen una massa similar a la de la Lluna tenen una massa superior a la de la Lluna
39
UNITAT 1
8.- Les fases lunars són provocades perquè el Sol il·lumina una porció més gran o més petita de la Lluna, segons la posició de la Lluna en la seva òrbita al voltant de la Terra per la interposició del Sol entre la Lluna i la Terra per la interposició de la Terra entre la Lluna i el Sol pel moviment orbital de la Lluna al voltant de la Terra
13.- Les estrelles són totes de color blanc o groguenc poden ser de diferents colors, segons la seva massa poden ser de diferents colors, segons la seva posició són totes de color blanc, groguenc o blau 14.- Un forat negre és el resultat de la mort d’una estrella de massa petita el resultat de la mort d’una estrella de massa gran el resultat de la unió de dues o més estrelles una zona de baixa densitat d’on no pot sortir la llum 15.- L’estrella més propera al Sol és α centauri i es troba a 4,3 anys llum i es troba a 400,3 anys llum i es troba a la constel·lació d’Orió i no es troba a la Via Làctia PÀG.31
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
12.- Un meteorit és un tros de meteor que arriba a la superfície de la Terra un meteor que col·lideix amb l’atmosfera terrestre un tros de meteor que surt disparat cap a l’espai interestel·lar després de topar amb l’atmosfera terrestre un tros de meteor que surt disparat cap a l’espai interestel·lar després de topar amb la superfície de la Terra
10. UN MÓN FELIÇ?
11.- Una estrella fugaç és una estrella de gran brillantor, però de vida molt curta és una estrella que canvia sobtadament de moviment és el resultat de l’impacte d’un meteor amb l’atmosfera terrestre és el resultat de l’impacte d’un meteor amb l’atmosfera lunar
UNITAT 1
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
40
16.- Les estrelles dobles són més abundants que les que estan soles són menys abundants que les que estan soles només existeixen en galàxies llunyanes presenten sempre una brillantor constant vistes des de la Terra, gràcies a un factor de compensació entre elles 17.- La Via Làctia és la nostra galàxia, i té una forma irregular el·líptica espiral espiral barrada 18.- Les constel·lacions que recorre el Sol en el seu moviment aparent s’anomenen constel·lacions solars constel·lacions eclíptiques constel·lacions zodiacals constel·lacions celestes
20.- El Big Bang es va produir fa uns 15 milions d’anys fa uns 15 milions d’anys llum per la col·lisió simultània de molts astres per la inestabilitat que provocà tota la massa de l’Univers concentrada en un punt
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
19.- Les principals estrelles d’una constel·lació es designen amb una referència del catàleg New General Catalogue amb una referència del catàleg Messier amb lletres de l’alfabet persa amb lletres de l’alfabet grec
PÀG.32
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
10. UN MÓN FELIÇ?
UNITAT 1
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
Activitat 2 Explica aquest gràfic:
41
PÀG.33
Unitat 2
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
UNITAT 2
LA TERRA I ELS SEUS EMBOLCALLS
PÀG.34
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
La Terra, un planeta blau Els astronautes sempre descriuen la Terra com "El Planeta Blau", a causa del seu color, i les fotos captades des de l’espai ho demostren. Els responsables d’aquestes tonalitats són els oceans i els gasos de l’atmosfera, és a dir, els dos components "externs" en la escorça terrestre. És en aquestes tres capes - escorça, hidrosfera, atmosfera -, on es donen les condiciones adequades per a què es desenvolupi i mantingui la vida. Així com la cobertura d’aigua com la d’aire són úniques en tot el Sistema Solar.
La Hidrosfera Anomenem hidrosfera al conjunt de tota l’aigua que hi ha sobre la superfície de la Terra en totes les seves formes: oceans, mars, rius, llacs, pantans, glaceres, pols, aigües subterrànies ... Es va formar en una època primerenca de l’ evolució terrestre, a partir del vapor produït per les erupcions volcàniques, quan eren més freqüentes que en la actualitat. El vapor es condensà formant núvols que després van provocar pluges torrencials al llarg de milions d’anys. La major part de l’aigua es troba en els oceans, que cobreixen quasi les tres quartes parts de la superfície terrestre. En l’hemisferi nord, les aigües ocupen uns 154 milions de km2, front als 100 milions de les terres emergides. En l’hemisferi sud, en canvi, els mars ocupen 206 milions de km2, front als només 48 milions de km2 de terra ferma. En la Terra hi ha uns 1.400 milions de km3 d’aigua, dels quals, només el 3,5 % és aigua dolça i, d’aquesta, la majoria es troba en forma de gel, en els pols. Aquesta enorme quantitat d’aigua ajuda a amortitzar les diferències de temperatura que es produirien en les diferents estacions de l’any o entre el dia i la nit. L’aigua de la hidrosfera es va intercanviant d’un lloc a un altre, del mar passa als núvols, amb la pluja s’alimenten els rius, i els rius bolquen de nou al mar, constituint el que anomenem el CICLE DE L’AIGUA. Els mares i oceans constitueixen grans masses d’aigua carregades de substàncies dissoltes, i que estan sotmeses a grans forces relacionades amb la rotació terrestre, l’atracció lunar, els vents, etc., produint-se moviments de masses d’aigua com són les MAREES, els CORRENTS MARINS, l’ONATGE, etc., que tenen grans repercussions sobre els éssers vius ja que actuen sobre el clima terrestre (els corrents, com el "Niño" o la "Niña") o sobre les zones costaneres (marees i onatge). Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.35 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
1/8
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
Les aigües dolces o continentals són molt importants també per què constitueixen els agents erosius més importants de la superfície terrestre, sobre tot els rius. La major reserva d’aigua dolça que existeix en la Terra la constitueixen els casquets polars, sobre tot l’Antàrtica.
L’atmosfera Inicialment, la Terra tenia una atmosfera molt diferent de l’actual. Les erupcions volcàniques constants van emetre enormes quantitats de vapor d’aigua que, al precipitar-se, formà mars i oceans. Allí van sorgir les primeres algues que començaren a consumir diòxid de carboni i fabricar oxigen. Com el primer abundava i, en canvi, no havia animals que consumessin el segon, les algues proliferaren i, al cap de milions de anys, havien aconseguit transformar la atmosfera inicial en altra de composició pareguda a l’actual. L’atmosfera manté la temperatura del planeta relativament estable i actua com escut protector contra diversos tipus de radiacions que resultarien letals per als éssers vius. També protegeix la superfície terrestre de l’impacte dels meteorits, la majoria dels quals, es desintegren al xocar amb les capes altes de l’atmosfera, a altíssimes velocitats. L’atmosfera està constituïda pels gasos que envolten la Terra i són fonamentals per la vida, ja que algun d’ells és necessari pels éssers vius, com el oxigen, i altres filtren radiacions solars que podrien ser letals para els éssers vius. A més a l’atmosfera se produeixen els fenòmens climàtics que tan importants resulten per als animals i les plantes. L’atmosfera no és uniforme. La majoria de l’aire es concentra en els 15 km. més propers a la superfície terrestre. Des del terra, l’atmosfera té diverses capes: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera o magnetosfera. A causa a la diferència de densitats, pressió i temperatura entre les diverses capes, o entre diferents zones del planeta, l’atmosfera presenta canvis constants que determinen el que anomenem "temps atmosfèric" o clima. ◊ TROPOSFERA: És la que es troba directament sobre la superfície sòlida de la Terra. És important per què és aquí on es donen els fenòmens climàtics que constitueixen el temps meteorològic.
Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.36 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
2/8
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
◊ ESTRATOSFERA: Està per sobre de la troposfera i en ella se troba l’anomenada "capa d’ozó" que és indispensable per a la vida en la Terra ja que filtra els rajos ultraviolats que són letals per als éssers vius. Sense la capa de ozó no podríem viure, i, en canvi, l’estem destruint amb les substàncies químiques que enviem a l’atmosfera (és el que anomenem "forat de la capa de ozó"). ◊ MESOSFERA: Es la capa intermèdia en la que també hi ha ozó. ◊ TERMOSFERA: Es denomina així per què, per efecte de les radiacions solares, es poden superar els 1500 oC de temperatura. En ella es troba una zona denominada ionosfera, en la que molts àtoms perden electrons i es troben en forma d’ions, alliberant energia que constitueix les AURORES BOREALS o AUSTRALS. ◊ EXOSFERA o MAGNETOSFERA: És l’última capa, la més externa, per sobre dels 600km, i la de major gruix, ja que té uns límits superiores molt imprecisos, per què es troba molt rarificada i no té un límit superior definit ja que, simplement, la densitat disminueix de forma gradual fins a la desaparició total de l’atmosfera. Alguns científics, en canvi, han intentat definir el límit superior de l‘ exosfera situant-lo a uns 9.000 km d’altura. Es veu sotmesa directament a les emissions solars, forma un veritable escut protector contra les partícules carregades del vent solar. En aquesta regió les partícules ionitzades estan governades pel camp magnètic terrestre i formen un característic embolcall modelat per les línies de força del camp magnètic i per la interacció amb el Vent solar. La trobada entre les partícules del vent solar i l’embolcall més exterior de la magnetosfera forma una ona de xoc; pel costat oposat les mateixes partícules del vent solar arrosseguen la magnetosfera, fent-la adquirir la forma d’una cola cometària.
Les capes de la Terra Des de l’interior l’exterior es diferencien tres capes: ◊ NUCLI: També anomenat endosfera, és la capa més interna de la Terra. Està formada per metalls com el ferro i el níquel i és bastant peculiar pel fet que es troba fosa, almenys parcialment (el nucli extern), a causa de les altes temperatures que existeixen en aquesta zona. Aquesta calor interna és la responsable dels processos interns que es donen en la Terra, algun dels quals té manifestacions en la superfície, com són els terratrèmols, el vulcanisme o el desplaçament de els continents. ◊ MANTELL o MESOSFERA: Es troba per sobre del nucli i està formada per silicats, més densos en l'interior (mantell inferior) i menys cap a l'exterior (mantell superior). És una capa molt activa ja que es produeixen fenòmens de convecció de materials, és a dir, els materials calents tendeixen a ascendir des del nucli, podent arribar a la superfície i quan els materials es refreden tendeixen a enfonsar-se de nou cap a l'interior, com un cicle de matèria anomenat Cicle de Convecció. Quan es mouen aquests Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.37 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
3/8
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
materials produeixen el desplaçament dels continents i tot el que això duu associat: terratrèmols, vulcanisme, creació d'illes i serralades, etc. ◊ ESCORÇA o LITOSFERA: És la capa més externa, la qual està en contacte amb l'atmosfera i està formada per silicats lleugers, carbonats i òxids. És més gruixuda en la zona dels continents i més prima en els oceans. És una zona geològicament molt activa ja que aquí es manifesten els processos interns deguts a la calor terrestre, però també es donen els processos externs (erosió, transport i sedimentació) causats per l'energia solar i la força de gravetat. Es diferència una escorça continental i una escorça oceànica.
Si fem un tall que travessi la Terra pel centre trobarem que, sota la escorça, hi ha diverses capes l'estructura de la qual i composició varia molt. La Terra és un dels planetes sòlids o, almenys, d’escorça sòlida, ja que no totes les capes ho són. Per damunt tenim l’atmosfera, una capa de gasos als que anomenem aire, formada a la seva vegada per una sèrie de capes, que funciona com escut protector del planeta, manté la temperatura i permet la vida. En les esquerdes i zones baixes de l’escorça hi ha aigua, molta aigua líquida i, en els pols, gelada. Per sota la escorça, una sèrie de capes en estat pastós, molt calents, i amb una densitat creixent fins a arribar al nucli de la Terra, de nou, sòlid, metàl·lic, dens, ...
L’escorça terrestre L’escorça terrestre té un grossor variable que arriba a un màxim de 75 km sota la serralada de l’Himalaia i és redueix a menys de 7 km en la major part dels zones profundes dels oceans. L’escorça continental és distinta de l'oceànica. La capa superficial està formada per un conjunt de roques sedimentàries, amb un grossor màxim de 20-25 km, que es forma en el fons del mar en diferents etapes de la història geològica. L'edat més antiga de aquestes roques és Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.38 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
4/8
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
de fins a 3 800 milions de anys. Per sota existeixen roques del tipus del granit, formades per refredament de magma. És calcula que, sota els sistemes muntanyosos, el grossor d'aquesta capa és de més de 30 km. La tercera capa rocosa està formada per basalts i tenen un gruix de 15-20 km, amb increments de fins a 40 km. A diferència de la escorça continental, l'oceànica és geològicament jove en la seva totalitat, amb una edat màxima de 180 milions de anys. Aquí també trobem tres capes de roques: la sedimentària, d'amplària variable, formada per les acumulacions constants de fragments de roca i organismes en els oceans; la del basalt de 1.5 a 2 km de grossor, barrejada amb sediments i amb roques de la capa inferior i una tercera capa constituïda per roques del tipus del gabro, semblant al basalt en composició, però d'origen profund, que té uns 5 kilòmetres de grossor. Sembla que l’escorça oceànica és la causa del refredament de magma provinent del Capa interna Espessor aproximat Estat físic mantell superior. Escorça 7-70 km Sòlid Mantell superior 650-670 km Plàstic El mantell i el nucli Mantell inferior 2.230 km Sòlid Nucli extern 2.220 km Líquid L’escorça terrestre és una fina capa si la Nucli intern 1250 km Sòlid comparem amb el resta del planeta. Està formada per plaques més o menys rígides que és donen suport o suren sobre un material viscós a alta temperatura que, de vegades, surt a la superfície a través de volcans i que contínuament flueix en les dorsals oceàniques per formar nova escorça. A uns 3.000 km de profunditat és troba el nucli de la Terra, una zona on predominen els metalls i que, lluny de resultar-nos indiferent, influeix sobre la vida en la Terra ja que se li considera el responsable de la majoria de fenòmens magnètics i elèctrics que caracteritzen el nostre planeta. El mantell i el nucli són la part més pesada interior de la Terra i constitueixen la major part de la seva massa.
El mantell terrestre El mantell és una capa de 2.900 km de grossor, constituïda per roques més denses, on predominen els silicats. A uns 650-670 km de profunditat es produeix una especial acceleració de les ones sísmiques, el qual ha permès definir un límit entre el mantell superior i l'inferior. Aquest fenomen es deu a un canvi d'estructura, que passa d’un mitjà plàstic a un altre rígid, on és possible que és conservi la composició química en general. L’escorça continental va créixer per una diferenciació química del mantell superior que és va iniciar fa uns 3.800 milions de anys. En la base del mantell superior la densitat és d’uns 5.5. En la zona superior és produeixen corrents de convecció, semblants a les de l’aigua que bull en una olla, desplaçant-se de la porció inferior, més calenta, a la superior, més freda. Aquests corrents de convecció són el motor que mou els plaques litosfèriques.
El nucli de la Terra És tracta d’una gegantesca esfera metàl·lica que te un ràdio de 3.485 km, és a dir, una mida semblant al planeta Mart. La densitat varia, de prop de 9 en la vora exterior a 12 en la part interna. Està format principalment per ferro i níquel, amb agregats de coure, oxigen i sofre. El nucli extern és líquid, amb un radi de 2.300 km. La diferència amb el nucli intern es manifesta per un augment brusc en la velocitat de les ones per a una profunditat entre 5.000 i 5.200 km Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.39 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
5/8
GES-Ciències Naturals 1
La Terra i els seus embolcalls
El nucli intern té un radi de 1.220 km. Es creu que és sòlid i té una temperatura entre 4.000 i 5.000° C. És possible que el nucli intern sigui el resultat de la cristal·lització del que va ser una massa líquida de major magnitud i que continuï aquest procés de creixement. La seva energia calorífica influeix en el mantell, en particular en els corrents de convecció. Actualment es considera que el nucli intern posseeix un moviment de rotació i és possible que és trobi en creixement a costa de l'extern que és redueix. Molts científics creuen que fa 4.000 milions de anys la Terra ja tenia un camp magnètic causat per un nucli metàl·lic. La seva formació va marcar la frontera entre el procés de consolidació i el refredament de la superfície.
La contaminació atmosfèrica • Importància de l'atmosfera • L’aire o gasos que la formen són aprofitats pels animals i les plantes. • L'atmosfera reté l'escalfor del Sol, però impedeix que ens arribi la radiació perjudicial dels seus raigs. • L'atmosfera fins i tot té un paper important en el fet que els rius i els oceans estiguin plens d'aigua: l'aire conté vapor d'aigua que cau en forma de pluja o neu, i això aporta aigua als rius i oceans; part de l'aigua dels mars i rius s'evapora i torna a l'aire, i així s'estableix un reciclatge continu. Tots els éssers vius depenen de l'aire. • A nivell del mar, la composició de l'atmosfera és la següent: Nitrogen Oxigen Argó Diòxid de carboni (CO2) Neó Heli Criptó Xenó Vapor d'aigua Hidrogen
78,03% 20,95% 0,93% 0,03% 0,0018 % 0,0005% 0,001% 0,00001% indicis indicis
•
La relació entre el diòxid de carboni i els animals i les plantes és un bon exemple de com els gasos de l'atmosfera són utilitzats pels éssers vius. Així com els humans i d'altres animals respiren oxigen i exhalen CO2, les plantes absorbeixen CO2 i produeixen oxigen. Aquest model de reciclatge ajuda a assegurar que l'aire mantingui l'equilibri correcte de gasos en totes les formes de vida.
• La contaminació afegeix determinats gasos a l'atmosfera i en descompon d'altres. Això fa canviar l'equilibri tan fràgil de l'aire. Gasos, com ara el monòxid de carboni, perjudiquen la salut humana si se'n respiren grans quantitats. D'altres gasos no són tan perjudicials per als éssers vius, però en canvi alteren l'equilibri del medi. La contaminació atmosfèrica pot comportar canvis climàtics i la pèrdua de la protecció que els gasos de l'atmosfera proporcionen al planeta posant en perill la vida al nostre planeta.
Fonts contaminants de l'aire •
La contaminació atmosfèrica està causada principalment per les emissions incontrolades de fums que genera l'activitat industrial i -sobretot als nuclis urbans- per l'ús de certs mitjans de transport i de determinades calefaccions.
Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.40 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
6/8
GES-Ciències Naturals 1 •
•
• • • •
•
•
•
La Terra i els seus embolcalls
Les fàbriques i centrals elèctriques que cremen carbó o derivats dels petroli per obtenir energia contaminen l'atmosfera perquè produeixen diòxid de carboni (CO2), diòxid de sulfur (SO2) i òxids de nitrogen (N2O, NO, NO2). També contaminen l'aire altres combustibles que es fan servir a les centrals elèctriques, com ara els emulsionants, fabricats amb sorra de quitrà. Les centrals nuclears proporcionen energia a partir de la divisió d'àtoms, cosa que produeix radioactivitat. Tot i que es consideren molt segures, preocupa que els reactors nuclears vells puguin tenir fugues per on s'escaparien quantitats molt perilloses de radioactivitat. Algunes plantes químiques deixen anar gasos verinosos com el clor o el formaldehid. La indústria metal·lúrgica produeix metalls pesants, com ara el plom, que passen a l'atmosfera. La incineració d'escombraries allibera gas metà, diòxid de carboni (CO2), diòxid de sofre (SO2) i plom. En determinades activitats agrícoles es fan servir fertilitzants i pesticides per als camps. Parts d'aquestes substàncies químiques s'incorporen a l'atmosfera. Els motors de cotxes i avions desprenen plom, monòxid de carboni (CO), òxids de nitrogen i altres gasos que, combinats amb la llum del Sol, produeixen ozó (O3) que és verinós al nivell de terra. Les refineries de petroli cremen el gas sobrant i emeten diòxid de sofre (SO2) i altres productes químics perjudicials. Les calefaccions de carbó també fan augmentar els nivells de diòxid de sofre i de CO2 de l'atmosfera.
Les fàbriques i centrals elèctriques que cremen carbó emeten CO2, SO2 i òxids de nitrogen a l'atmosfera. Les plantes químiques deixen anar gasos verinosos com el clor o el formaldehid, i la indústria metal·lúrgica allibera metalls pesants, com ara el plom.
Les refineries de petroli cremen el gas sobrant i emeten SO2 i altres productes químics perjudicials
.Els motors de cotxes i avions emeten monòxid de carboni (CO), òxids de nitrogen i altres gasos que combinats amb la llum del Sol produeixen ozó.
Conseqüències de la contaminació de l'aire •
•
•
El diòxid de carboni (CO2) que emeten les indústries i les centrals elèctriques que cremen carbó o derivats del petroli passa a l'atmosfera i reté l'escalfor que surt de la superfície de la Terra, això dóna lloc a un escalfament global del planeta que podria fer canviar el clima. El diòxid de sofre (SO2) és el contaminant més característic del medi urbà i el causant de processos contaminants com la pluja àcida i l'smog o boirum. o La pluja àcida es forma quan el SO2 es combina amb el vapor d'aigua de l'atmosfera i dóna lloc a l'àcid sulfúric. Els núvols resultants deixen caure aigua àcida que afecta de forma greu la vegetació. o L'smog o boirum és una boira fosca i rica en SO2, que afecta el procés respiratori de les persones, provoca afeccions als ulls i, fins i tot, càncer. Les emissions de gasos dels cotxes són la causa principals de l'smog. Els òxids de nitrogen (N2O, NO, NO2), procedents de la combustió de motors en general, produeixen irritació a les mucoses respiratòries i als ulls. En altes concentracions poden inhibir la fotosíntesi d'algunes plantes.
Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.41 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
7/8
GES-Ciències Naturals 1 • •
•
•
La Terra i els seus embolcalls
El plom procedents de la indústria metal·lúrgica i de les benzines afecta al sistema nerviós i a la sang. El monòxid de carboni (CO), procedent de combustions incompletes, és un perill molt important per a la salut humana. Es combina fàcilment amb l'hemoglobina de la sang i limita i destorba el transport d'oxigen. L'ozó localitzat a nivell de terra produeix malestar als ulls i les mucositats. Aquest ozó produeix danys en la vegetació, afecta les fulles de les plantes i els provoca unes taques marrons. També agreuja especialment els efectes de la pluja àcida. Els pesticides utilitats pels pagesos per combatre les plagues, sovint són transportats pel vent fins a zones habitades on poden ser un perill per a la salut.
Les solucions en les nostres mans 1. 2. 3. 4. 5. 6.
7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
14. 15. 16. 17. 18.
19. 20. 21.
Obtenir l'electricitat per mitjà de recursos poc contaminants per a l'aire, com són les ones, les marees, el vent i el sol. Reduir la combustió de combustibles fòssils com ara el carbó, el petroli i els seus derivats. Fer els desplaçaments curts caminant o utilitzant la bicicleta. Utilitzar el transport públic, reduint al màxim l'ús del vehicle particular. Substituir els autobusos per tramvies elèctrics a les ciutats. Establir l'obligatorietat per a tots els vehicles de fer servir benzina sense plom i portar catalitzador. Cal recordar que els catalitzadors possibiliten una combustió millor dels gasos d'escapament, reduint les emissions de monòxid de carboni i òxids de nitrogen. Comprar productes locals per evitar transports internacionals de les mercaderies. Utilitzar al màxim els serveis que ens ofereix el nostre barri (escoles, comerços, llocs de lleure) per evitar desplaçaments innecessaris en cotxe. Compartir el cotxe amb altres persones que facin el mateix trajecte. Utilitzar l'energia solar a les cases i als llocs de treball per escalfar els edificis i proveir-los d'aigua calenta. Controlar les emissions de gasos contaminants a les indústries. Cal establir l'obligatorietat d'instal·lar filtres i mecanismes de correcció a les indústries contaminants. Reciclar les deixalles en lloc d'incinerar-les. Estalviar energia i evitar el malbaratament: cal tancar el llums, els ordinadors, la televisió i la calefacció si no són necessaris. Hem d'aprofitar la llum natural sempre que sigui possible. Cal utilitzar l'aigua calenta i l'aire condicionat amb moderació. Evitar graduar la calefacció amb una temperatura massa alta. Hem d'utilitzar aparells eficients energèticament, com ara les bombetes de baix consum o els electrodomèstics eficients (de classe energètica A). Utilitzar sistemes de calefacció no basats en la combustió. Millorar la qualitat de l'aire de casa, de l'escola, dels edificis i parcs públics posant-hi plantes. Evitar el consum de productes tòxics que degraden la qualitat de l'aire, com ara les pintures, els dissolvents i els esprais polveritzadors. Evitar fumar perquè el fum del tabac embruta l'aire i, a més, perjudica la salut. Establir millores en l'aïllament dels edificis, cosa que reduiria el funcionament de les calefaccions. Aïllant les finestres, les portes i les parets de les cases, s'eviten les pèrdues de calor i l'entrada d'aire fred, amb la qual cosa es conserva millor la temperatura de l'interior de les cases. Reciclar i reutilitzar tot allò que es pugui, perquè la fabricació de nous productes genera contaminació. Evitar la desforestació. Els boscos consumeixen diòxid de carboni de l'atmosfera i alliberen oxigen, per tant contribueixen a eliminar part del CO2 procedent de les combustions. Exigir als governs lleis que facin reduir l'emissió de gasos i de productes químics contaminants.
Continguts extrets dels webs: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenidos.htm PÀG.42 http://www.xtec.cat/%7Ermolins1/
8/8
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
UNITAT 3 LA CÈL·LULA
84
Unitat 3 LA CÈL·LULA
PÀG.43
treballaràs?
QUÈ TREBALLARÀS?
UNITAT 3
què
85
En acabar la unitat has de ser capaç de:
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
la teoria cel·lular. • Distingir les parts de la cèl·lula, els seus orgànuls i les seves funcions. • Descriure el procés de nutrició de les cèl·lules. • Descriure el procés de relació de les cèl·lules. • Descriure el procés de reproducció de les cèl·lules. • Reconèixer l’organització dels éssers vius.
6. EL MÓN INVISIBLE
• Descriure
PÀG.44
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
86
1. El microscopi El microscopi és un instrument òptic que, mitjançant un conjunt de lents, permet observar objectes petits que no poden ser vistos a ull nu. Un microscopi està compost de dues parts principals: la part mecànica i la part òptica. La part mecànica és el suport de la part òptica. Està formada pel peu, la platina, el tub cilíndric i els cargols d’enfocament. La part òptica la componen un sistema de lents que amplia la imatge de l’objecte que volem observar: L’objectiu és la lent que està més propera a l’objecte i que forma una imatge ampliada de l’objecte. L’ocular és la lent més propera a l’ull, recull la imatge formada per l’objectiu i la torna a augmentar.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
L’augment que pot arribar a fer una lent s’indica amb un número i una X. Per exemple, si indica 20X, vol dir que la lent és de 20 augments i augmenta 20 vegades la imatge de l’objecte que volem mirar. En el cas del microscopi, per saber l’augment total es fa la multiplicació dels augments que indiquen cada una de les seves lents. Per exemple, si l’objectiu és 30X i l’ocular 20X l’augment total del microscopi és de 600X. Això vol dir que la imatge de l’objecte que volem mirar serà 600 vegades més gran. En el microscopi també hi ha el mirall, que recull la llum i la reflecteix vers l’orifici de la platina i el diafragma, que regula la quantitat de llum que arriba des del mirall.
PÀG.45
Preparació microscòpica de mucosa bucal.
Com es fa per observar al microscopi. Convé que sàpigues que el camp d’observació del microscopi és el cercle que veus quan mires per l’ocular. • El
camp ha d’estar ben il·luminat. Per aconseguir una bona il·luminació has de moure el mirall convenientment. • Col·loca la preparació microscòpica sobre la platina i subjecta-la amb les pinces que té el microscopi.
PÀG.46
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
1) Raspa suaument amb l’ungla la part interior de les parets de la boca. Recull amb una llanceta la mostra que hi ha a l’ungla. 2) Col·loca la mostra en al portaobjectes amb una gota d’aigua. 3) Exten la mostra amb un altre portaobjectes. 4) Quan estigui seca, hi has d’afegir unes gotes de blau de metilè. El blau de metilè és un colorant que tenyeix la preparació i en millora l’observació, perquè d’una altra manera seria transparent o incolora i no es distingiria bé al microscopi. 5) Tapa la preparació amb un cobreobjectes. Ja pots observar-la al microscopi.
LA CÈL·LULA
Et donem les indicacions per fer la preparació de la pell de les parets de l’interior de la boca (mucosa bucal).
87
UNITAT 3
Com es fa una preparació microscòpica.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
88
• Acosta
el tub cilíndric fins a la preparació. Fes amb cura aquesta operació, perquè si l’acostes molt pots trencar el cobreobjectes amb l’objectiu. • Mira per l’ocular i mou el cargol fins aconseguir l’enfocament. • Pots moure el portaobjectes per centrar-lo i així poder veure l’objecte que hi ha a la preparació. • Si el microscopi té un revòlver amb diferents objectius comença les observacions utilitzant el de menys augment. ACTIVITAT Imagina’t que tens un microscopi amb objectiu 20X i ocular 15X. a) Quin seria el seu augment? b) Quantes vegades engrandiria un objecte? c) L’ocular graduat és una part del microscopi que serveix per mesurar la imatge que es veu. En aquest cas, l’ocular graduat indica que la imatge és de 6 mm. Sabries dir quina és la mida real de l’objecte? Solució a) L’augment seria 20X · 15X = 300X b) Engrandiria 300 vegades l’objecte. c) L’objecte seria 300 vegades més petit. Mida real de l’objecte =
Mida de la imatge Nombre d’augments
=
6 300
= 0,02 mm
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Hi ha microscopis òptics més sofisticats, però tots ells acostumen a tenir limitacions físiques que no permeten aconseguir més de 1.500 augments. Amb la invenció del microscopi electrònic s’han desenvolupat mètodes més avançats que permeten veure imatges de cossos cada vegada més petits i això ha contribuït al desenvolupament de les ciències experimentals. Els microscopis electrònics actuals poden aconseguir fins a 1 milió d’augments.
2. La teoria cel·lular Al segle XVII, el científic anglès Robert Hooke quan examinava una làmina de suro amb el seu microscopi va observar que estava formada per unes cavitats petites, totes elles molt semblants separades per parets, col·locades com una bresca d’abelles. A aquestes cavitats les va anomenar cèl·lules. ACTIVITAT Observació d’un suro 1) Talla una capa molt fina d’un tap de suro. 2) Amb unes pinces col·loca la capa sobre el portaobjectes i posa-li a sobre el cobreobjectes.
PÀG.47
Làmina de suro vista al microscopi òptic Van haver de passar dos segles més perquè dos científics alemanys, el botànic Schleiden i el zoòleg Schwann, mitjançant observacions microscòpiques d’organismes, descobrissin que tots els éssers vius estan formats per associacions de cèl·lules. Van deduir que la cèl·lula és la partícula elemental de tots els organismes que formen la matèria viva. D’aquesta manera van establir les bases de la teoria cel·lular.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
89
Preparació microscòpica de les cèl·lules de la pell de la ceba
PÀG.48
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Tenint en compte aquesta nova aportació, les idees fonamentals de la teoria cel·lular són: • Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules. • La cèl·lula és la unitat bàsica d’organització dels éssers vius. • L’activitat d’un organisme és el resultat de l’activitat de les seves cèl·lules. • Totes les cèl·lules provenen de la divisió cel·lular d’una altra cèl·lula.
6. EL MÓN INVISIBLE
El descobriment d’aquest fet plantejava una nova qüestió que era saber d’on provenen les cèl·lules. Primer es va pensar que apareixien per formació lliure o per generació espontània. Cap a finals del segle XIX, l’any 1885, el biòleg alemany Rudolph Virchow va fer una nova aportació a la teoria cel·lular, establint que totes les cèl·lules es formen per reproducció de cèl·lules preexistents i mai per generació espontània. D’una cèl·lula se n’originen d’altres que creixen fins a tenir la grandària de la mare i així continua el procés.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
90
La cèl·lula és la part més petita dels éssers vius que es nodreix, es relaciona i es reprodueix, és a dir, la part més petita que té vida. No totes les cèl·lules són iguals, hi ha diferències, segons la mida, la forma i la funció que realitzen. La mida de les cèl·lules és molt diversa, la immensa majoria són molt petites. Això fa que sigui necessària la utilització del microscopi per veure-les. Són tan petites que per mesurar-les s’utilitza com a unitat de mida la micra o micròmetre, que és la mil·lèsima part del mil·límetre o l’àngstrom, que és la deumilionèsima part del mil·límetre. Però també hi ha cèl·lules més grans, com és el cas del rovell de l’ou dels ocells, que fa alguns centímetres de diàmetre. Pel que fa a la forma de les cèl·lules també és molt variada. Observant diferents cèl·lules podem veure que presenten diferents aspectes; n’hi ha que són allargades, esfèriques, estelades...
3. Components de les cèl·lules
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
A la gran majoria de les cèl·lules hi ha tres parts ben diferenciades: la membrana plasmàtica, el citoplasma i el nucli.
ACTIVITAT Observa de nou la imatge de la preparació de ceba al microscopi i situa sobre una de les cèl·lules les tres parts.
PÀG.49
91
La membrana plasmàtica
UNITAT 3
La membrana està formada per una doble capa de lípids entre els quals hi ha inserides molècules de proteïnes.
LA CÈL·LULA
La membrana plasmàtica és la capa que embolcalla la cèl·lula.
Té diferents funcions: dóna forma i permet que la cèl·lula es mogui, rep els estímuls externs i també l’aïlla de l’exterior de tal forma, que controla l’entrada i la sortida de substàncies. La membrana té la propietat de fer una selecció del tipus de substàncies que poden travessar-la, tant d’entrada com de sortida, i ho fa atenent a la mida de les partícules. Es tracta d’una membrana selectivament permeable.
Osmosi. En l’osmosi la membrana permet el pas de l’aigua. Transport actiu. Pot passar que la cèl·lula necessiti captar o expulsar molècules des d’una zona de menys concentració a una altra de més concentració o bé, que les molècules que han de passar siguin molt grans. En aquests casos la cèl·lula realitza el transport actiu, que és un mecanisme de pas a través de la membrana en el qual consumeix energia.
PÀG.50
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Difusió. Algunes molècules petites travessen la membrana i passen d’on estan més concentrades cap a on estan en quantitat menor.
6. EL MÓN INVISIBLE
Hi ha diversos processos per travessar la membrana:
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
92
El citoplasma El citoplasma és el líquid que ocupa l’interior de la cèl·lula entre la membrana i el nucli. Està constituït per aigua, on hi ha dissoltes diferents substàncies i per orgànuls cel·lulars que estan immersos en l’aigua. Al citoplasma és on tenen lloc les reaccions químiques. Primer es pensava que el citoplasma era homogeni, però amb el microscopi electrònic es va poder observar l’existència dels orgànuls. Els orgànuls són estructures molt petites amb forma i funcions específiques per cada una de les activitats de la cèl·lula.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Orgànuls limitats per membranes: endoplasmàtic: Conjunt de membranes que formen sacs aplanats i túbuls comunicants entre ells. Presenta dues varietats: • Reticle endoplasmàtic rugós: Sintetitza i distribueix proteïnes. • Reticle endoplasmàtic llis: Fa funcions relacionades amb la síntesi de lípids i glúcids. • Aparell de Golgi: Conjunt de membranes amb forma de sacs apilats, que es desfan formant petites esferes anomenades vesícules. Completa la síntesi dels productes procedents del reticle endoplasmàtic i els envia a d’altres parts de la cèl·lula o a l’exterior. • Lisosomes: Vesícules que fan la digestió dels nutrients a l’interior de la cèl·lula. • Vacúols: Vesícules grans que emmagatzemen substàncies de reserva i productes d’excreció. Abunden a les cèl·lules vegetals, on ocupen la major part del citoplasma. • Mitocondris: Lloc on es produeix la respiració de la cèl·lula, mitjançant la qual la cèl·lula obté l’energia necessària per dur a terme les seves funcions. • Cloroplasts: Orgànuls exclusius de les cèl·lules vegetals, algues i bacteris. En ells hi ha la clorofil·la, pigment que intervé en la fotosíntesi. • Reticle
PÀG.51
Orgànuls que no tenen membranes: Petits orgànuls formats per proteïnes i per ARN (àcid ribonucleic). Tenen com a funció sintetitzar proteïnes. • Citosquelet: Xarxa de filaments. Són responsables dels moviments de la cèl·lula i del transport intracel·lular. • Centríol: Orgànul exclusiu de les cèl·lules animals.
93
LA CÈL·LULA
• Ribosomes:
El nucli està situat a l’interior de la cèl·lula i separat del citoplasma per una membrana anomenada membrana nuclear. Conté un medi on hi ha el nuclèol i la cromatina. El nuclèol està format per ADN, ARN i altres compostos. Intervé en la formació dels ribosomes.
UNITAT 3
El nucli
La cromatina està formada per ADN i proteïnes. En la divisió cel·lular s’organitza formant els cromosomes. Els cromosomes estan formats per l’ADN, que és una molècula que diu com han de ser les noves cèl·lules filles que es produeixen quan es divideix la cèl·lula mare. Té un paper molt important en el procés de divisió cel·lular. • Activitats
d’aprenentatge 1, 2 i 3
Fins que es va inventar el microscopi electrònic es pensava que totes les cèl·lules constaven de les tres parts que acabem de descriure: membrana, citoplasma i nucli, però amb la utilització del microscopi electrònic en la investigació cel·lular es va descobrir que hi ha algunes cèl·lules que no tenen nucli. A partir d’aquest descobriment podem parlar de dos tipus de cèl·lules: les cèl·lules procariotes i les cèl·lules eucariotes. • Les
Són les primeres cèl·lules que van sorgir a la Terra fa uns 3.600 milions d’anys i durant molt de temps, uns 2.000 anys, van ser els únics habitants. Els bacteris són cèl·lules procariotes. • Les cèl·lules eucariotes tenen el material hereditari situat al nucli, dins de la
membrana nuclear. En el procés evolutiu, van sorgir després de les procariotes, fa uns 1.400 milions d’anys, quan les cèl·lules van ser capaces de formar el nucli.
PÀG.52
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
cèl·lules procariotes no tenen nucli diferenciat, perquè no tenen membrana nuclear i el material hereditari es troba lliure en el citoplasma. Els ribosomes són els únics orgànuls que tenen.
6. EL MÓN INVISIBLE
4. Cèl·lules procariotes i eucariotes
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
94
Són cèl·lules més grans que les procariotes i tenen molts més orgànuls capaços de fer activitats específiques. Les cèl·lules dels animals, de les plantes, dels protoctists i dels fongs són eucariotes.
Les cèl·lules animals i vegetals Dins de les cèl·lules eucariotes es poden distingir dos grans tipus cel·lulars: el tipus cel·lular animal i el tipus cel·lular vegetal. Les diferències entre un i l’altre vénen justificades per la funció que realitzen.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Cèl·lula vegetal
Cèl·lula animal
ACTIVITAT Observa les imatges de la cèl·lula vegetal i de la cèl·lula animal. Quines et sembla que són les diferències més significatives?
Cèl·lula vegetal Les cèl·lules vegetals són les de les algues i plantes. Mitjançant l’observació microscòpica podem veure que la membrana que limita les cèl·lules vegetals és més gruixuda que la dels animals, això passa perquè a més de la membrana plasmàtica en tenen una altra anomenada paret cel·lular. Aquesta paret està formada en gran part per cel·lulosa i serveix per protegir i donar forma a la cèl·lula. La rigidesa de la paret cel·lular li permet fer d’esquelet dels vegetals. En el citoplasma de les cèl·lules vegetals hi ha uns orgànuls anomenats plasts, que en les plantes verdes reben el nom de cloroplasts, perquè contenen la clorofil·la i en ells s’esdevé el procés conegut com a fotosíntesi. Els vacúols són cavitats on s’emmagatzemen substàncies de reserva i de rebuig. Encara que també hi són en les cèl·lules animals, en les cèl·lules vegetals són més grans i ocupen bona part del citoplasma. PÀG.53
95
Cèl·lula animal
• Activitats
d’aprenentatge 4 i 5
5. Funcions de nutrició de la cèl·lula
UNITAT 3
No tenen paret cel·lular ni plasts. Els centríols són orgànuls exclusius d’aquestes cèl·lules.
LA CÈL·LULA
Les cèl·lules animals es troben en els animals i en els éssers vius unicel·lulars que no fan la fotosíntesi.
La nutrició és el procés mitjançant el qual la cèl·lula obté matèria i energia de l’exterior i la transforma per fer les seves activitats vitals o per produir la seva pròpia matèria. El procés de nutrició comprèn tres fases: l’entrada de substàncies a través de la membrana cel·lular, el metabolisme i l’excreció.
L’entrada de substàncies a l’interior de la cèl·lula
El metabolisme És el conjunt de reaccions químiques que tenen lloc al citoplasma i als orgànuls de la cèl·lula. N’hi ha de dos tipus: el catabolisme i l’anabolisme. catabolisme. Les reaccions són de destrucció de matèria per aconseguir productes més simples i d’obtenció d’energia. Aquestes reaccions tenen lloc en els mitocondris.
• El
Les reaccions són de producció de matèria a partir de substàncies senzilles. L’energia que s’allibera en el catabolisme és utilitzada per fer aquestes reaccions anabòliques.
• L’anabolisme.
L’excreció És el procés d’expulsió, a través de la membrana cel·lular, dels productes de secreció i de les substàncies residuals que s’han produït a les reaccions.
PÀG.54
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Si les molècules no poden travessar la membrana per qualsevol dels mecanismes anteriors, aleshores, es pot produir l’endocitosi. La membrana engloba les molècules i forma una petita vesícula o vacúol, que passa a l’interior de la cèl·lula. Una vegada dins té lloc la digestió. Quan les partícules són més grans aquest mecanisme s’anomena fagocitosi.
6. EL MÓN INVISIBLE
Es fa aplicant els mecanismes que té la membrana cel·lular per regular el pas entre l’exterior i l’interior. Aquests mecanismes són: difusió, osmosi i transport actiu.
De la mateixa manera que l’entrada de substàncies a l’interior de la cèl·lula, l’expulsió es fa seguint els mecanismes de difusió, osmosi i transport actiu. Ara bé, si les substàncies no poden travessar la membrana, aquesta pot englobar-les i formar vesícules o vacúols, que són abocats fora de la cèl·lula. Aquest procés s’anomena exocitosi. Es produeix en algunes cèl·lules heteròtrofes.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
96
Hi ha dos tipus de nutrició que donen lloc a dos tipus de cèl·lules: Nutrició autòtrofa, la fan les cèl·lules autòtrofes i nutrició heteròtrofa, la fan les cèl·lules heteròtrofes.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Nutrició autòtrofa La nutrició autòtrofa consisteix a produir els compostos orgànics que necessita la cèl·lula mitjançant la fotosíntesi, és a dir, a partir de la matèria inorgànica i de l’energia lumínica del sol. Aquesta nutrició la realitzen els vegetals, les algues i alguns bacteris. • Els
vegetals prenen la matèria inorgànica, l’aigua i les sals minerals del sòl i ho porten a les parts verdes de la planta a través dels vasos conductors. El diòxid de carboni de l’aire entra pels estomes de les fulles.
Totes aquestes substàncies entren en els cloroplasts de les cèl·lules. • En els cloroplasts es realitza la fotosíntesi.
La fotosíntesi és el procés mitjançant el qual les substàncies inorgàniques, aigua, diòxid de carboni i sals minerals es transformen en matèria orgànica per l’acció de la llum solar. El procés és el següent: La clorofil·la que hi ha als cloroplasts capta l’energia lumínica del sol i la transforma en energia química. Aquesta energia química s’utilitza per fer la reacció d’obtenció de matèria orgànica (glucosa) i oxigen. PÀG.55
CO2+ H2O + sals minerals
Glucosa + O2
La planta utilitza la glucosa obtinguda per fer:
LA CÈL·LULA
97
ENERGIA LUMÍNICA
• Transformar-la en midó, que és una substància de reserva. • Produir enzims i la resta de molècules necessàries per a la cèl·lula.
Una part de l’oxigen l’expulsa la planta a l’exterior i una altra part l’utilitza per fer la respiració cel·lular.
UNITAT 3
• La respiració cel·lular
• Una part de la glucosa, junt amb una part de l’oxigen que prové de l’exterior
i de la fotosíntesi, s’envia als mitocondris de la cèl·lula per fer la respiració. La respiració és el procés mitjançant el qual els nutrients orgànics s’oxiden i s’obté l’energia que després utilitza la cèl·lula per fer les seves activitats vitals. La respiració és el procés contrari al procés de fotosíntesi. El nutrient principal és la glucosa, que reacciona amb l’oxigen i es transforma en diòxid de carboni, aigua i energia.
CO2 + H2O + Energia (ATP)
L’energia obtinguda en la respiració l’utilitza la cèl·lula per fer les activitats vitals de créixer, divisió cel·lular, producció d’enzims i de components que necessita. Els vegetals utilitzen l’energia, perquè les seves fulles captin el diòxid de carboni de l’aire i les seves arrels les sals minerals del sòl, per transportar-ho a les cèl·lules i després distribuir la matèria orgànica per tota la planta.
Nutrició heteròtrofa La nutrició heteròtrofa consisteix a produir els compostos orgànics que necessita la cèl·lula a partir de la matèria orgànica produïda per altres éssers vius, vegetals o animals. • La respiració és el procés que utilitzen aquestes cèl·lules per transformar la ma-
tèria orgànica en energia. PÀG.56
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Glucosa + O2
6. EL MÓN INVISIBLE
L’energia s’emmagatzema en forma d’una molècula anomenada ATP. Aquesta molècula és un compost químic (trifosfat d’adenosina) que actua com a transportador d’energia a totes les cèl·lules, perquè puguin realitzar les seves activitats.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
98
La nutrició heteròtrofa la fan les cèl·lules animals que no tenen cloroplasts i no poden captar l’energia solar per fer la reacció de fotosíntesi. Mitjançant el menjar obtenen els compostos orgànics i, junt amb l’oxigen que capten de l’aire, els envien als mitocondris de les cèl·lules, on es realitza la respiració cel·lular i s’obté diòxid de carboni (CO2) i energia (ATP). Els animals eliminen el diòxid de carboni fora del cos i utilitzen l’energia (ATP) per fer les seves activitats vitals, moviment dels muscles, digestió, etc. La respiració cel·lular, tant de les cèl·lules animals com vegetals, es realitza als mitocondris i utilitza glucosa i oxigen. És el que s’anomena respiració aeròbica. Pot passar que no hi hagi oxigen en el medi i és llavors quan la respiració que es produeix s’anomena respiració anaeròbica o fermentació. La fermentació és la respiració sense oxigen. Alguns exemples de cèl·lules que fan fermentació són els bacteris que produeixen el vi, el pa o el iogurt. ACTIVITAT Deixa un got de llet en un lloc de casa teva on hi toqui el sol. Observa els canvis que es produeixen. Què ha produït aquests canvis? Solució La llet s’ha anat tornant agra. Els bacteris han fet fermentar la llet.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
• Activitats
d’aprenentatge 6, 7, 8 i 9
6. Funcions de relació de la cèl·lula La sensibilitat cel·lular és la capacitat que tenen les cèl·lules de captar estímuls, és a dir, de notar les variacions de les condicions del medi (canvis de temperatura, de lluminositat, d’alimentació, etc.) i d’elaborar respostes correctes a cada estímul, adaptant-se així a les noves condicions. Les funcions de relació són les respostes que donen les cèl·lules a cada estímul. Varien segons quins siguin els estímuls i els tipus de cèl·lules. Les respostes cel·lulars davant dels estímuls poden ésser de dos tipus:
PÀG.57
99
Respostes dinàmiques
Tipus de respostes dinàmiques: Són moviments de la cèl·lula que fan que pugui acostar-se o allunyar-se de l’estímul, segons si el considera favorable o desfavorable. Poden ser moviments dirigits cap a l’estímul i en aquest cas la cèl·lula té tactisme positiu. Si s’allunya de l’estímul té tactisme negatiu.
• Tactismes.
Un exemple és el moviment cap a la llum dels protozous.
UNITAT 3
El citosquelet està relacionat amb els moviments de la cèl·lula, perquè produeix les contraccions i prolongacions del citoplasma.
LA CÈL·LULA
La cèl·lula realitza moviments com a resposta a l’estímul.
ameboide. La cèl·lula es desplaça i obté l’aliment mitjançant la formació d’unes prolongacions del citoplasma anomenades pseudòpodes. Aquest moviment el tenen les amebes i els glòbuls blancs.
• Moviment
vibràtil. La cèl·lula es desplaça mitjançant els cilis i els flagels, que són prolongacions de la membrana cel·lular. Els cilis són curts i abundants i els flagels llargs i poc nombrosos.
• Moviment
No es produeix moviment de resposta. Quan les condicions del medi són adverses, com és el cas de manca d’oxigen o de substàncies nutrients, algunes cèl·lules formen una capa protectora que les envolta i les aïlla del medi fins que les condicions tornen a ser favorables.
• Enquistament.
• Activitats
d’aprenentatge 10
7. Funcions de reproducció de la cèl·lula Des que Virchow va formular que tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula han sigut molts els estudis que s’han fet per explicar com es produeix la divisió cel·lular.
PÀG.58
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Respostes estàtiques
6. EL MÓN INVISIBLE
El parameci és un exemple de cèl·lula amb cilis i els espermatozoides són un exemple de cèl·lules amb flagel.
Les cèl·lules es poden dividir i donar dues noves cèl·lules filles idèntiques a la cèl·lula mare. La divisió cel·lular és el procés que té com a finalitat que una cèl·lula mare es divideixi donant dos o més cèl·lules filles. Cada nova cèl·lula rep una part del citoplasma de la mare i una còpia completa del material genètic (ADN), en la qual hi ha les seves característiques.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
100
La divisió cel·lular és un procés molt complex que no desenvolupem en aquesta unitat.
El cicle cel·lular El cicle cel·lular és el període de vida de la cèl·lula que comprèn des que s’origina fins que acaba la seva divisió cel·lular o fins que mor.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
El cicle cel·lular té una durada que depèn del tipus de cèl·lula. N’hi ha que des que s’originen no fan la divisió cel·lular, com les cèl·lules nervioses, d’altres triguen un any a dividir-se i d’altres que ho fan en uns minuts. En el procés de creixement dels organismes pluricel·lulars augmenta el nombre de cèl·lules. En un moment determinat, que correspon a l’edat adulta, l’individu deixa de créixer, perquè el nombre de cèl·lules que neixen són tantes com les que moren, establint-se així un equilibri. A més, en una mateixa espècie el nombre de cèl·lules d’un adult i d’un jove és igual.
8. Organització dels éssers vius Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules. Segons el nombre de cèl·lules que formen un organisme, els éssers vius es poden classificar en: unicel·lulars i pluricel·lulars.
Éssers vius unicel·lulars Són molt petits. Estan formats per una sola cèl·lula, que és la que realitza totes les funcions. Aquests éssers són els més antics que habiten la terra i la major part viuen a l’aigua. Exemples d’éssers unicel·lulars són els bacteris i els protozous.
PÀG.59
• De vegades els éssers unicel·lulars s’organitzen en colònies. En una organit-
101
ACTIVITAT L’ameba i el parameci són exemples de protozous. Torna a observar les seves imatges en l’apartat de funcions de relació de la cèl·lula.
Éssers vius pluricel·lulars Estan formats per moltes cèl·lules. Com exemples d’éssers pluricel·lulars tenim les plantes i els animals.
UNITAT 3
En els éssers vius unicel·lulars la forma ve determinada per l’hàbitat i per la seva necessitat de desplaçament.
LA CÈL·LULA
zació colonial les cèl·lules viuen unes al costat de les altres, però no tenen relació entre elles. Encara que hi viuen juntes són independents.
• Els
éssers pluricel·lulars més senzills tenen les seves cèl·lules molt semblants. Com que són gairebé iguals no estan especialitzades en fer una funció concreta i cadascuna d’elles fa totes les funcions. Per aquesta raó alguns biòlegs els consideren organismes colonials.
• Els éssers pluricel·lulars més complexes tenen les cèl·lules organitzades i es-
pecialitzades en fer funcions determinades. N’hi ha que capten oxigen, que emmagatzemen nutrients, que transporten impulsos nerviosos, etc.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
El Teixit és un conjunt de cèl·lules semblants que fan una determinada tasca dins de l’organisme.
6. EL MÓN INVISIBLE
En els éssers pluricel·lulars la forma de les cèl·lules acostuma a estar relacionada amb la funció que realitzen i amb el lloc on estan situades. Les cèl·lules s’ajunten, s’organitzen i s’especialitzen per realitzar una funció comuna. D’aquesta manera formen el teixit.
PÀG.60
Cèl·lules de la pell (teixit epitelial): Són planes per poder-se unir de forma compacta i aplanada. Aquesta és la forma més adequada per poder recobrir un organisme animal o vegetal.
UNITAT 3
LA CÈL·LULA
102
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Cèl·lules nervioses (teixit nerviós): Tenen forma estelada amb ramificacions. Aquestes cèl·lules aprofiten les ramificacions per establir connexions entre elles que permetin transmetre l’impuls nerviós per tot el cos.
Cèl·lules sanguínies (teixit sanguini): Els glòbuls blancs tenen forma esfèrica per poder moure’s a la sang i destruir les substàncies perjudicials per a l’organisme.
Cèl·lules dels músculs (teixit muscular): Són cèl·lules allargades per poder-se contreure i allargar, produint així el moviment.
PÀG.61
ACTIVITAT 2 En els vegetals també hi ha especialització de les cèl·lules. Quina és la funció més important que fan les cèl·lules de les arrels? Quines funcions fan les cèl·lules que hi ha a les flors?
LA CÈL·LULA
Solució No, perquè no estan preparades per fer baixar l’aliment des de la boca fins a l’estómac i aquesta és la funció que haurien de fer a l’esòfag.
103
UNITAT 3
ACTIVITAT 1 Algunes cèl·lules de l’ull serveixen per distingir el color de les coses. Creus que podrien substituir les cèl·lules de l’esòfag?
Solució: Les cèl·lules de les arrels agafen l’aigua i l’aliment de la terra. Algunes cèl·lules de les flors s’encarreguen de la reproducció de la planta. Així com les cèl·lules s’agrupen formant teixits, els teixits, a la vegada, se situen en una part determinada formant un òrgan.
òrgan
organisme
teixit
teixit
• Activitats
cèl·lula
a
cèl·lula
d’aprenentatge 11 i 12
PÀG.62
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
organisme
òrgan
6. EL MÓN INVISIBLE
L’òrgan és l’agrupació de teixits que realitzen una funció vital específica.
UNITAT 3
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
104
ACTIVITATS D’APRENENTATGE Activitat 1 Indica les funcions de la membrana cel·lular.
Activitat 2 Uneix amb fletxes els conceptes que tu creguis que estan relacionats: Orgànuls
Funció
Lisosomes
Síntesi de proteïnes
Mitocondris
Fotosíntesi
Cloroplasts
Digestió de nutrients
Ribosomes
Respiració
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
Activitat 3 Escriu a cadascuna de les columnes les paraules que estiguin relacionades amb la que hi ha al quadre superior: Difusió, Cromosomes, Mitocondris, Nuclèol, Lisosomes, Transport actiu, ADN, Ribosomes, Membrana nuclear. Membrana nuclear
Citoplasma
Nucli
Activitat 4 Indica les diferències entre cèl·lula procariota i cèl·lula eucariota.
PÀG.63
UNITAT 3
Activitat 6 Indica les fases del procés de nutrició cel·lular.
105
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
Activitat 5 Indica quines d’aquestes paraules estan relacionades amb la cèl·lula animal i quines amb la cèl·lula vegetal. Centríols, Paret cel·lular, Vacúols, Fotosíntesi, Cloroplasts, Ribosomes.
6. EL MÓN INVISIBLE
Activitat 7 Quins tipus de nutrició cel·lular coneixes? Defineix cada un d’ells.
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
Activitat 8 Explica la fotosíntesi.
PÀG.64
Activitat 9 Explica la respiració. Quin tipus de cèl·lules realitzen aquest procés?
Activitat 10 Defineix: pseudòpodes, cilis i flagels. Quin tipus de moviment fa cadascun d’ells?
Activitat 11 Què és una colònia?
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
UNITAT 3
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
106
PÀG.65
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
UNITAT 3
ACTIVITATS D’APRENENTATGE
Activitat 12 Defineix: cèl·lula, teixit, òrgan.
PÀG.66
107
UNITAT 3
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
108
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ Activitat 1 Posa si és vertader (V) o fals (F) al costat de cada frase. • Un microscopi és un instrument òptic • L’objectiu correspon a la part mecànica del microscopi • L’objectiu és una lent del microscopi • L’ocular és un cargol del microscopi • El microscopi òptic augmenta més la figura que el microscopi electrònic
Activitat 2 Marca la resposta o respostes relacionades amb l’encapçalament de la pregunta. 1.- La cèl·lula és la part més petita dels éssers vius no es coneix la seva activitat apareix per generació espontània tots els éssers vius estan formats per cèl·lules
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
6. EL MÓN INVISIBLE
2.- La membrana plasmàtica controla l’entrada i sortida de substàncies de la cèl·lula envolta el nucli només la tenen un tipus de cèl·lules dóna forma i mobilitat a la cèl·lula 3.- Orgànuls no tenen funcions determinades no n’hi ha a la cèl·lula són estructures petites amb una funció específica estan al citoplasma 4.- Mitocondris no tenen cap funció només els trobem a la cèl·lula animal en ells es produeix la respiració de la cèl·lula en ells es produeix la fotosíntesi 5.- Vacúols només els trobem a les cèl·lules vegetals en ells es produeix la fotosíntesi emmagatzemen substàncies de reserva en ells es fa la digestió dels nutrients 6.- Lisosomes en ells es produeix la respiració de la cèl·lula en ells es fa la digestió dels nutrients emmagatzemen substàncies de reserva no tenen cap funció
PÀG.67
9.- El nucli conté la cromatina conté l’ADN no intervé en la divisió de la cèl·lula intervé en la divisió de la cèl·lula 10.- Cèl·lula vegetal té cloroplasts té paret cel·lular no té diferències amb la cèl·lula animal no té nucli
ACTIVITATS D’AVALUACIÓ
8.- Centríol només el trobem a les cèl·lules animals en ell es produeix la fotosíntesi emmagatzema substàncies de reserva té relació amb els moviments de la cèl·lula
109
UNITAT 3
7.- Cloroplasts només els trobem a les cèl·lules vegetals en ells es fa la digestió dels nutrients en ells es produeix la fotosíntesi tenen clorofil·la
13.- Relació de la cèl·lula la cèl·lula no es relaciona amb el medi el moviment vibràtil és una forma de relacionar-se els pseudòpodes són prolongacions del citoplasma la cèl·lula no respon als estímuls 14.- Organització dels éssers vius la colònia és una forma d’organització d’éssers unicel·lulars el éssers unicel·lulars tenen teixits els éssers pluricel·lulars tenen teixits els bacteris són éssers unicel·lulars
PÀG.68
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
12.- La nutrició heteròtrofa la fa la cèl·lula animal utilitza matèria orgànica consta de fotosíntesi i respiració la fa la cèl·lula vegetal
6. EL MÓN INVISIBLE
11.- La nutrició autòtrofa la fa la cèl·lula animal necessita llum per fer la fotosíntesi consta de fotosíntesi i respiració la fa la cèl·lula vegetal
Unitat 4
Matemàtiques, Ciència i Tecnologia
UNITAT 4
ECOSISTEMES: RELACIONS TRÒFIQUES I DIVERSITAT
PÀG.69
PÀG.70
PÀG.71
PÀG.72
PÀG.73
PÀG.74
PÀG.75
PÀG.76
PÀG.77
PÀG.78
PÀG.79
PÀG.80
PÀG.81
PÀG.82
PÀG.83
PÀG.84
PÀG.85
PÀG.86
PÀG.87
PÀG.88
PÀG.89
PÀG.90
PÀG.91
PÀG.92
PÀG.93