Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Introducció
Vols fer creure als teus companys que tens poders mentals i que pots enfonsar objectes només mirant-los?

Com ho fem?
Omple d’aigua una ampolla de plàstic transparent fins a dalt de tot i introdueix en el seu interior una bola de paper de plata ben compacta. Tanca hermèticament l’ampolla, assegurant que no ha quedat gens d’aire en el seu interior.

Què observem?
La bola de paper de plata queda en la part superior de l’ampolla. Prem amb força l’ampolla (sense que es noti) i mira fixament la bola que començarà a baixar ampolla avall, si deixes de prémer, la bola torna a pujar cap amunt… Tens poders!

Explicació científica
La bola de paper de plata té petites cavitats amb aire en el seu interior, si augmentes la pressió prement l’ampolla, l’aigua s’introdueix en aquestes cavitats i com que l’alumini és més dens que l’aigua, s’enfonsa, si deixes de prémer l’ampolla, l’aire torna a omplir aquestes cavitats i la bola torna a pujar. Així de simple.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Introducció
Pot ser que una ampolla plena d’aigua es pugui tapar amb una pilota de ping-pong? Anem a veure-ho…

Com ho fem?
Omple d’aigua fins dalt una ampolla de vi de 75 cl i col•loca en la part superior una bola de ping-pong. Agafa l’ampolla i lentament –amb molta cura– ves girant-la cap per avall. Fes l’experiment damunt d’una galleda per si de cas…

Què observem?
Quan l’ampolla està de cap per avall, l’aigua no vessa sinó que es queda continguda per la pilota de ping-pong… Per què?

Explicació científica
Perquè la pressió atmosfèrica és més gran que el pes de l’aigua dins l’ampolla de vi. La tensió superficial de l’aigua impedeix que l’aire es pugui escolar entre la pilota i l’ampolla.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Com ho fem?
Per fer aquest experiment necessitarem una font de calor (un encenedor Bunsen o bé una manta calefactora elèctrica), un suport amb una nou i una pinça, un recipient de vidre pyrex (matràs erlenmeyer o vas de precipitats), una espàtula     i permanganat de potassi.
Posarem aigua dins el recipient de vidre, l’escalfarem i després hi afegirem una mica de permanganat de potassi, que en dissolució aquosa pren un color lila.

Què observem?
Veiem que quan l’aigua s’escalfa es dilata i, per tant, disminueix la seva densitat. L’aigua puja pel recipient de vidre i l’espai que deixa és ocupat per l’aigua freda de la part horitzontal del recipient, que s’escalfarà i pujarà. D’aquesta manera es genera un moviment de l’aigua en una direcció, és a dir, un corrent. Quan la causa del moviment és la calor es parla de convecció, i per tant tindrem un corrent de convecció.
El permanganat de potassi, en tenir color lila, ens servirà per poder observar aquests corrents de convecció que tenen lloc en aigua.

Concepte científic
Els corrents de convecció s’originen degut a la diferent densitat que adquireixen els fluids quan se’ls modifica la temperatura. Els fluids calents tenen menys densitat, cosa que els fa ascendir de manera que es col•loquen per sobre dels fluids més freds.
En escalfar la base d’un líquid (aigua) o un gas, és a dir, un fluid, es fa menys dens i ascendeix, però en arribar a les zones més superficials es refreda, i, per tant, es fa més dens, de manera que descendeix. D’aquesta forma es creen els corrents de convecció.
En molts punts del planeta Terra es donen els corrents de convecció: a l’atmosfera (per exemple les brises, que són degudes a les diferències de temperatures entre el mar i la terra), a la hidrosfera (els corrents marins, bàsics en aquests ecosistemes) i a l’astenosfera (zona del mantell terrestre, a una profunditat respecte de la superfície d’entre 50 i 200 km). Els corrents de convecció són especialment importants en geologia, en la tectònica de plaques.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Com ho fem?
Per fer aquest experiment ens farà falta un recipient gran, aigua i plastilina.
Tirarem la plastilina dins del recipient ple d’aigua: surarà?

Què observem?
Si tirem directament la plastilina en forma de bola veiem que no sura en aigua. En canvi, si li donem la forma adequada podem observar que sí sura. Com pot ser?
Si pensem, el ferro o l’acer no suren en aigua, i en canvi els vaixells de ferro o d’acer sí que suren. Per què?

Concepte científic
Un cos surarà en aigua si la seva densitat és més petita, i en canvi, si la seva densitat és major que no pas la de l’aigua s’enfonsarà.
El Principi d’Arquímedes és el que ens explica perquè els cossos suren; bàsicament depèn de la densitat del material i de la densitat de l’aigua o líquid on el cos estigui submergit. Aquest principi, un dels més importants de la física, diu que un cos submergit (totalment o parcial) en un fluid (en aquest cas aigua) rep una força vertical cap amunt igual al pes del volum del fluid que desallotja.
La plastilina en forma de bola té una densitat superior a la de l’aigua, i, per tant, no surarà i s’enfonsarà. Però en canvi, si li donem la forma adequada, aconseguirem disminuir la seva densitat, fent que pugui surar.
És el mateix que passa amb els vaixells. La gran majoria de vaixells estan fets de metall (que s’enfonsa amb gran facilitat) tot i que ocupen un gran volum.
Suposem que construïm una esfera massissa de ferro d’un metre cúbic: s’enfonsarà. Però si, amb el mateix metre cúbic de ferro construïm una esfera buida (amb aire, menys dens que l’aigua, a dins), el volum serà molt més gran, de manera que la densitat de l’objecte serà ara molt menor, i amb l’ajuda de la força d’empenyiment que farà l’aigua cap amunt (Principi d’Arquímedes), surarà. Amb un vaixell de ferro passa exactament igual, i, tot i que sigui de ferro, pot surar perquè té aire a dins, i l’aigua fa una pressió més gran a la part inferior del vaixell que no pas a la part superior, cosa que permet que suri.
Si féssim un forat al casc del vaixell, hi entraria aigua, que desplaçaria l’aire que hi havia, de manera que llavors la densitat del vaixell seria major que la de l’aigua i s’enfonsaria.
Quan submergim un vaixell en aigua, aquest desallotja una part el volum que abans ocupava el fluid (aigua), empenyent-lo cap a fora. Com a conseqüència, l’aigua empeny el vaixell en totes direccions i perpendicular al casc, cap a dins.
Amb la plastilina passa el mateix que amb els vaixells: en forma de bola no sura, però si li donem forma de barca, aconseguirem que tingui un volum més gran,     i en conseqüència desallotjarà molta aigua, i així rebrà una força d’empenyiment cap amunt que serà suficient perquè suri.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Com ho fem?
Per fer aquest experiment únicament ens caldrà un recipient gran, aigua i una taronja.
Posarem la taronja dins del recipient ple d’aigua: surarà la taronja?
Després pelem la taronja i la tornem a posar una altra vegada dins l’aigua: surarà ara?

Què observem?
Veiem que la taronja amb pela sura en aigua. En canvi, si li traiem la pela veiem que no sura.
I si deixem la taronja amb pela a l’aigua, suraria al cap de molta estona?

Concepte científic
La taronja sura en aigua perquè la seva densitat és més petita que no pas la densitat de l’aigua, tot i que quan agafem una taronja amb la mà podem pensar que pesa força, i el primer que pensem és que s’enfonsarà un cop la introduïm en aigua.
La densitat és la relació entre la massa i el volum d’una substància; dit de forma més col•loquial, és la relació entre el que pesa i l’espai que ocupa.
La part interior de la taronja conté fructosa, que és un glúcid (sucre) més dens que no pas l’aigua, i per això la taronja pelada s’enfonsa. Però la pela de la taronja és més lleugera que no pas l’aigua, ja que té una estructura porosa, i per tant està plena de bosses d’aire (l’aire és molt menys dens que no pas l’aigua), de manera que redueix la densitat global de la fruita, i permet que la taronja amb pela sigui menys densa que no pas l’aigua, i així pot surar.
És per això que quan pelem la taronja, el seu volum disminueix una mica, però en canvi la seva massa molt poc, de manera que la seva densitat augmenta, esdevenint més gran que la de l’aigua, i llavors ja no sura.
Un cos surarà en aigua si la seva densitat és més petita, i en canvi, si la seva densitat és major que no pas la de l’aigua s’enfonsarà.
De totes maneres, cal dir que, tot i que la taronja amb pela sura en aigua degut a les mini càmeres d’aire que té la seva pell porosa, i que actuen com a flotador, si deixem la taronja amb pela molta estona en remull, la pell plena de porus és capaç d’absorbir gran quantitat d’aigua, de manera que això fa augmentar la densitat de la taronja i acabarà al fons del recipient.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Material necessari

• Vas de vidre (pot ser normal o de precipitats)
• Cinta d’enganxar (celo)
• Un tros de paper
• Encenedor

Com ho fem
Agafem un tros de paper i fem un tub amb ell, quant més llarg sigui millor.
Amb el celo l’enganxem al vas de tal manera que formi un angle d’uns trenta graus amb l’horitzontal i que el fina del tub acabi dins el recipient.
Encenem l’extrem superior del tub de paper.

Què observem
Observem com al cap d’uns segons el fum comença a sortir per l’exterior del tub, com si d’un salt d’aigua es tractés, i en comptes d’anar amunt baixa cap avall i queda dipositat dins el vas.

Concepte científic
La densitat del fum és superior a la de l’aire, però normalment quan cremem alguna cosa veiem com aquest s’enfila cap al cel, això és degut a la temperatura que genera la reacció, que crea corrents cap amunt. De fet, qualsevol lleugera aparició de vent, i el nostre “salt d’aigua” de fum es trencarà.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Material necessari

• Recipient de vidre per fer de campana de gasos.
• Espelmes de diferents alçades, totes inferiors a la profunditat del recipient.
• Encenedor.

Com ho fem
Encenem tres espelmes de mida diferent, ordenant-les una al costat de l’altra en ordre creixen d’alçada. Les encenem. Col•loquem el recipient sobre les espelmes  amb la part oberta tocant la taula, a manera de campana.

Què observem
Observem com paulatinament les espelmes es van consumint i s’apaguen, primer les més altes i al final la més baixa.

Concepte científic
La densitat de l’oxigen és menor que la del diòxid de carboni, no obstant això l’espelma que s’apaga primer és la que està més amunt, això és degut a que el diòxid produït és molt calent i per això ocupa l’espai superior del recipient, quedant l’oxigen a les capes més inferiors.

Secundària
Bell-lloc del Pla
Girona

Material necessari

• Una caixa de material aïllant. Serveix una caixa de cartró afegint-hi porexpan.
• 5 metres de mànega, si pot ser negra, millor, i de diàmetre el més petit possible. Va bé, per exemple que sigui de 19 mm
• Paper d’alumini
• Pintura negra (esprai)
• Cola blanca
• Fil ferro
• Cinta adhesiva
• Dos cubells d’aigua
• Termòmetre per mesurar la temperatura de l’aigua

Com ho fem?
Comencem construint la placa solar tèrmica aïllant la caixa de cartró amb porexpan. L’alçada de la caixa ha de ser d’uns 10 cm aprox. Un cop hem col·locat el porexpand enganxarem amb cola blanca una capa d’alumini amb la cara brillant cap a nosaltres. Un cop posat, el pintem de color negre. Això absorbirà els rajos solars i els transformarà en escalfor.

A continuació col·loquem la manguera enrotllada dins la caixa. Es tracta d’aconseguir que tingui el major recorregut possible dins la caixa. Ho podem fer de la manera que ens vagi
millor, com es mostra a continuació.

Haurem de fer dos forats per l’entrada i la sortida de la manguera a un dels costats, més o menys a 4 cm de la cantonada. Per cada forat hauria de sortir uns 60 cm de manguera.

Finalment hem de tapar la caixa amb plàstic transparent o vidre. El podem subjectar amb cinta adhesiva.

Un cop construïda, l’hem de col·locar en un lloc assolellat, una mica inclinada perquè els rajos de sol arribin perpendiculars. Posem un cubell d’aigua freda en un extrem, amb la mànega a dins, i en l’altre extrem un cubell buit. Aspirem per aquest darrer extrem fins a que surti aigua: això omplirà la mànega. Quan comença a sortir, tapem l’extrem amb fil ferro perquè no en surti més.

Què observem?
Cada 5 minuts anem prenent la temperatura de l’aigua. Caldrà afluixar el nus que hem fet per deixar-ne sortir una mica i mesurar la temperatura.

Concepte científic
Amb aquest experiment descobrim la importància de l’energia solar per a la nostra societat i el potencial que té per produir escalfor. Entenem també el funcionament d’aquesta font d’energia. El següent pas que podríem donar seria la construcció d’un circuit complert d’aigua calenta solar

Per a saber-ne més
J.M. Jiménez, Ingenios solares, Ed. Pamiela