Petits grans científics
Tavi Casellas
Professor de Física i Química a l'IES Montilivi de Girona. Autor de la web www.FisLab.net elaborada durant una llicència d'estudis concedida pel Departament d'Educació de la Generalitat de Catalunya
Inici http://www.fislab.net
Articles per Tavi Casellas
Com ensenyar a un robot
14 anys
Objectius
- Apropar les TIC als nens i nenes
- Introduir a les nenes i nens en la robòtica i en la programació
- Fomentar l’esperit investigador dels nens i nenes
Nivell a qui s’adreça
Cicle mitjà i superior, ESO, batxillerat
Material
- 5 taules
- 20 cadires
- punts d’electricitat
- terra que no sigui sorra
- sostre si plou
Precaucions
Alerta amb el material que no es pot mullar.
Com ho fem?
L’experiència consisteix a programar un robot ja muntat. La programació és fa amb un llenguatge gràfic fàcil d’entendre i fer servir. El primer que farem serà explicar que és un robot i quins elements te. A continuació, que són i com funcionen els 3 sensors que porta el robot. Després introduirem les nenes i nens a la programació del robot des del propi brick de manera que vegin com es mou cap endavant i giri. Tot seguit afegirem els sensors a la programació, primer que el robot es mogui quan piquem de mans i després que es vagi movent fins que detecti un obstacle. En acabar amb el brick, farem servir el programari del Lego Mindstorms per fer que el robot segueixi una línia. Per això haurem d’explicar com moure les rodes individualment i l’efecte que això produeix, que significa que les dues rodes girin en el mateix sentit amb la mateixa velocitat i amb velocitats diferents, i també quan una gira en un sentit i l’altre en el sentit contrari. Finalment deixarem que els nens i nenes facin els seus experiments (fer-lo ballar breakdance, que pugi una rampa, etc.).
Què observem?
- La programació del robot que fa que aquest executi les tasques que nosaltres volem.
- La diferencia entre els sensors i els elements que utilitzen per veure el seu entorn (ones ultrasòniques, llum i so).
- El moviment en línia recta, el gir sobre una roda i el gir sobre l’eix del robot relacionat amb el moviment independent de les rodes.
Els conceptes científics
- El moviment separat de les rodes del robot fan que, en funció de la velocitat de cada roda, el robot pugui anar cap endavant, enradera, girar a l’esquerra, girar a la dreta o de la convinació d’aquestes opcions, descriure cercles. Si les dues rodes es mouen a la mateixa velocitat (ja sigui en sentit horari o anti-horari), el robot es desplaçarà en línia recta. Si les rodes van a diferent velocitat però en el mateix sentit, el robot descriurà un cercle. I si les rodes van en sentit contrari, el robot girarà sobre si mateix.
- A més, dispositius electrònics anomenats sensors, basats en diferents principis físics, permenten la robot percebre el seu entorn i actuar en conseqüència. Per exemple, el sensor d’ultrasó, fa servir ones ultrasòniques (les mateixes que generem quan parlem, però en una freqüència que la nostra oïda no sent) per detectar obstacles. El sensor emet una ona i posa en marxa un rellotge. Si hi ha un obstacle a davant del sensor, l’ona impactarà i rebotarà. Quan aquesta ona que rebota arriba al sensor, el rellotge deixa de comptar. El fet de que l’ona torni, implica l’existència de l’obstacle i el temps que ha trigat en anar i tornar és proporcional a la distància a la qual es troba l’obstacle. Així si el sensor és en un robot, el robot és capaç de saber a quina distància es troben els obstacles a davant d’ell.
- Un altre exemple és el sensor de llum: aquest emet un llum sobre una superfície determinada. Depenent del color d’aquesta superfície, més o menys llum rebota i torna al sensor. Així, el robot pot saber si la quantitat de llum retornada és poca, que la superfície és negra o si és molta, que la superfície és blanca. En el cas dels colors, és més complexe perquè depèn de la saturació del color. El robot només és capaç de detectar si els colors són clars o foscos, però no si és verd o blau o vermell. Normalment aquest sensor es fa servir per diferenciar zones clarament definides (blanc-negre, clar-fosc), com per exemple un camí negre sobre una superfície blanca.
- Finalment en el cas del sensor de so, actua semblant a la nostra oïda. Una membrana vibra quan rep una ona sonora i aquesta vibració es tradueix en un impuls elèctric de més o menys amplitud (en funció si és més fort o més suau).
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Departament d’Enginyeria Elèctrica, Electrònica i Automàtica (grup eXiT) de l’Escola Politècnica Superior de la Universitat de Girona
Responsable
Bianca Innocenti Badano
Pressió atmosfèrica / tensió superficial
14 anys
Objectius
- Entendre de forma intuitiva què és la tensió superficial
Nivell a qui s’adreça
A tots els cicles, però potser seria més adequat pels superiors
Material
- dos recipients
- una tapa
- una gassa
- aigua
- una safata
- una goma de pollastre
Precaucions
No hi ha ni materials perillosos ni materials complexos
Com ho fem?
- Omplim d’aigua un dels dos recipients. El tapem amb un plàstic rígid. Girem el recipent aguantant la tapa. Un cop estigui en la posíció invertida deixem anar a poc a poc la mà de la tapa i observem que la tapa s’aguanta.
- Seguidament traiem la tapa de plàstic i hi posem una gassa subjectada amb una goma de pollastre. Girem el recipient i observem que part de l’aigua cau i la resta queda dins i no surt pels foradets de la gassa.
Què observem?
Observem que en el primer cas la tapa no cau i que en el segon l’aigua no cau pels foradets de la gassa.
Els conceptes científics
- En el primer cas, veurem com la diferència de pressió entre dins i fora fa que la tapa es mantingui adherida al recipient.
- En el segon cas, descriurem com la tensió superficial és la responsable que l’aigua no surti del recipient.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Departament de Física. Universitat de Girona
Responsable
Teresa Serra
Formem un núvol dins d’una ampolla
14 anys
Objectius
- Observar com un augment de pressió fa augmentar la temperatura
- Entendre que només amb la temperatura no n’hi ha prou, necessitem nuclis de condensació
Nivell a qui s’adreça
Més indicat per a cursos superiors
Material
- ampolla
- aigua o alcohol
- un pot de laca
Precaucions
No hi ha ni materials perillosos ni materials complexos
Com ho fem?
Posem una mica d’aigua o alcohol a l’ampolla. La tapem i fem pressió sobre l’ampolla. No observem res especial. Seguidament destapem l’ampolla i hi afegim laca (un parell o tres d’espraiades). Tapem l’ampolla i tornem a fer pressió sobre l’ampolla. Aquesta experiència es pot fer demostrativa o també els estudiants ho poden fer ells mateixos.
Què observem?
En aquest cas veiem que hi ha canvis, que es genera un núvol que evoluciona. Tot l’espai que abans estava ocupat per aire queda ara blanquinós. Hem generat un núvol gràcies a la presència dels nuclis de condensació de la laca i l’evaporació del fluid.
Els conceptes científics
Fem l’analogia amb l’atmosfera i parlem dels aerosols i el paper que tenen en la formació dels núvols.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Departament de Física. Universitat de Girona
Responsable
Teresa Serra
Podem treure el ferro dels cereals?
14 anys
Objectius
- Observar com un imant atreu el ferro
- Que l’atracció es produeix amb diferents tipus de ferro, fins i tot el que hi ha als cereals
Nivell a qui s’adreça
A tots els cicles, potser fins i tot pels cicles més inferiors
Material
- una capsa de cereals que tinguin ferro
- una bossa amb tancament ‘zip’
- aigua
- imant de neodimi
Precaucions
No hi ha ni materials perillosos ni materials complexos
Com ho fem?
Posem una certa quantitat de cereals a dins la bossa. Hi posem una mica d’aigua i deixem que els cereals es desfacin (uns 20 minuts). Aleshores ens posem a la mà l’imant i al cim de l’imant la bossa amb els cereals. Girem la mà amb la bossa i traiem la mà.
Què observem?
Observem que hi ha un residu que es mou amb l’imant i que correspon al ferro que hi ha als cereals.
Els conceptes científics
Observem que els imants atreuen el ferro
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Departament de Física. Universitat de Girona
Responsable
Teresa Serra
El moment d’inèrcia
14 anys
Objectius
- Entendre la conservació del moment d’inèrcia de forma intuitiva
- Entendre el concepte de moment d’inèrcia
Nivell a qui s’adreça
A tots els cicles, tot i que és més indicat a nivells superiors.
Material
- roda
- tamboret rotatori
Precaucions
No hi ha ni materials perillosos ni materials complexos
Com ho fem?
Un estudiant pujarà al tamboret giratori. L’altre estudiant donarà rotació a la roda, que estarà subjectada per l’eix pel primer estudiant. La roda s’ha de situar plana, horitzontal. Aleshores es girarà la roda de manera que la seva posició final formi un angle de 180º amb la posició inicial.
Què observem?
Observem que l’estudiant que estava assegut al tamboret i inicialment en repòs comença a girar en sentit oposat al que gira la roda. Aquest procés és degut a la conservació de la quantitat de moviment de rotació. Podríem dir que la inèrcia total que té el sistema a rotar cap a un costat s’ha de compensar mitjançant la rotació de tot el sistema (estudiant més roda) en sentit oposat a la roda.
Els conceptes científics
S’observa la conservació de la conservació de la quantitat de moviment.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Departament de Física. Universitat de Girona
Responsable
Teresa Serra
Engranatges
14 anys
Objectius
- Entendre el concepte de moment d’una força
- Entendre la transmissió del moviment
- Entendre què és un moviment de rotació i què és un moviment altern
Nivell a qui s’adreça
A tots els cursos
Material
- Kit d’engranatges i construcció (Quercetti)
Precaucions
No hi ha materials perillosos ni complexos
Com ho fem?
Els muntatges els trobarem construits. Partirem dels que tenim per poder manipular i veure com funcionen. Podrem fer petits canvis en l’estructura del muntatge per veure alguns fonaments teòrics. Per exemple, podrem canviar els engranatges utilitzant-ne amb diferents diàmetres per veure si hi ha canvis.
Què observem?
Observem que amb la configuració que hi ha ens costa més o menys pujar un pes en funció del radi de l’engranatge que tinguem. Podem canviar els engranatges i veurem que la força que fem és més gran o més petita. També podem observar que aquest sistema permet passar d’un moviment de rotació a un moviment altern mitjançant l’ús d’una peça excèntrica.
Els conceptes científics
Tenim dues configuracions. La primera configuració ens pot ajudar a entendre com mitjançant un moviment de rotació amb una manivel.la podem pujar una galleda d’un pou. La segona configuració ens permet passar del moviment de rotació que generem nosaltres a un moviment altern, per exemple, per trencar nous. En aquest cas, s’utilitza una peça excèntrica.
Centre educatiu / entitat
Departament de Física. Universitat de Girona
Responsable
Teresa Serra
Missatges secrets
14 anys
Objectius
- Conèixer en què es basa la tinta invisible
- Introduir el concepte de reacció quimica
Nivell a qui s’adreça
Inicial, Mitjà i Superior
Material
- Solució de fenolftaleïna
- Solució diluïda d’hidròxid sòdic
- Pinzells
- Paper
- Ruixador
Precaucions
La fenolftaleïna és tòxica per ingestió. S’ha d’evitar que els nens i nenes es posin el pinzell a la boca
Com ho fem?
Amb el pinzell humit de la solució de fenoltaleïna escrivim un missatge secret en un paper. També podem fer un dibuix. Quan s’ha assecat, és completament invisible. El missatge o el dibuix es tornen visibles quan es ruixen amb la solució d’hodròxid sòdic.
Què observem?
Inicialment el missatge o el dibuix no es veu, però que aquest “apareix” quan es ruixa amb la solució bàsica. Els nostres ulls ens enganyen quan ens fan creure que no hi ha cap missatge però en realitat hi és amagat.
Els conceptes científics
Moltes substàncies tenen la particularitat de canviar de color degut a un canvi en l’entorn, ja sigui en l’acidesa del medi o fins i tot en la temperatura o humitat relativa. La fenolftaleïna en medi neutre o àcid és incolora, però en medi bàsic és de color rosa intens. Aquest tipus de compostos s’anomenen indicadors.
Centre educatiu / entitat
Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital – UdG
Responsable
Sílvia Simon Rabasseda
Això és un Joc d’Ous!
Objectius
- Introduir el concepte de àcid i base i els indicadors
- Analitzar l’efecte de la pressió
Nivell a qui s’adreça
Inicial, mitjà i superior
Material
- Ous crusos i bullits
- Extracte de Col lombarda
- Recipient per deixatar els ous, paella i fogonet
- Erlenmeyer de 300 ml (amb la boca de la mida de un ou bullit)
Precaucions
Tot i que cap substància és tòxica, s’ha de vigilar el fet de tenir foc en l’experiment.
Com ho fem?
- Ou ferrat verd: Es tracta d’afegir unos gotes de col lombarda en l’ou cru i veurem com ens queda un ou ferrat verd o una truita verda.
- En un erlenmeyer es col•loca un ou bullit en l’obertura. En principi aquest no entra. Escalfant fem baixar la pressió interior i per tant l’ou acaba entrant sense haver de trencar el recipient.
Què observem?
- Ou ferrat verd: El que veiem és que l”indicador, la col lombarda, canvia de color en contate amb l’ou. Aquesta es torna verda degut a que la calra de l’ou és bàsica.
- L’ou a dins de l’erlenmeyer: Podem observar com canviant la temperatura canviem la pressió. Aquest canvi causa un succió de l’out (la pressió de dins és més petita que la de fora).
Els conceptes científics
Moltes substàncies tenen la particularitat de canviar de color degut a un canvi en l’entorn, ja sigui en l’acidesa del medi o fins i tot en la temperatura o humitat relativa. La col lombarda té la particularitat de passar de blava a verda que es posa en contacte amb un medi bàsic. També podem veure l’efecte de la pressió, com la podem controlar mitjançant la temperatura. El fet de que hi hagi una diferencia de pressió entre dos entorns (a dins del recipient i a fora) ens pot ajudar en algun procés mecànic com és el cas de fer entrar i sortir un ou de un recipient.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital – UdG
Responsable
Sílvia Simon Rabasseda
Fem molècules!
14 anys
Objectius
- Conèixer el concepte de molècula
- Modelitzar diferents molècules amb diferents materials
Nivell a qui s’adreça
Mitjà i superior
Material
- globus llargs
- manxa adecuada
- dibuix de la molècula que es vulgui construir
Precaucions
Els material són globus, per tant la típica precaució de no posar peces petites a la boca.
Com ho fem?
- Pas 1: Inflar els globus: Cal que els globus quedin tous perquè siguin fàcils de doblegar. Els globus es poden tallar a la llargada que es vulgui.
- Pas 2: Ajuntar els globus. Aquesta part dependrà de la molècula que es vulgui treballar. En el cas concret de un metà només fa falta ajuntar per la meitat dos globus de la mateixa mida, obtenint així el tetraedre característic del metà.
Què observem?
Construim molècules. Aquestes poden tenir parts comuns i part diferents. També important observar que la forma que tenen aquestes poden fer diferenciar-les unes de les altres.
Els conceptes científics
Tota la matèria està formada per petites peces anomenades molècules, les cuals poden tenir parts comunes. La seva forma és molt important perquè ens permet explicar si es troben en fase gas o líquida.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital – UdG
Responsable
Sílvia Simon Rabasseda
Tens set? Fem molècules d’aigua!
14 anys
Objectius
- Conèixer que tota la materia està feta de petites peces que es diuen molècules
- Adonar-se que realment aquestes petites peces són molt i molt petites
Nivell a qui s’adreça
Infantil
Material
Happy Mais, material ecològic a base de blat de moro que es moldeja i s’engamxa fàcilment. A més es necessitarà una esponja humida per tal d’anar mullant i neganxant les peces.
Precaucions
Tot és molt ecològic i no hi ha cap part tòxica.
Com ho fem?
- Humiteja una mica les peces a la zona que vulguru que s’enganxin utilitzant l’esponja i unir les peces entre si. És important no mullar massa les peces ja que és desfarien.
- En el cas de la molècula de aigua les peces blanques han de ser més petites que les vermelles, ja que aquestes representen els hidrògens. Per això podeu tallar el HappyMmais fàcilment amb unes tisores per donar-li la mida que vulguem.
Què observem?
Construim una molècula d’aigua, que no és res més que una de les moltes que formen una gota d’aigua. Aquesta molècula veiem que té dos parts diferents i que totes són iguals. El que veiem, és que en el nostre got només ens hi caben unes poques molècules.
Els conceptes científics
L’aigua, i tota la matèria, està formada per petites peces anomenades molècules. Aquestes són molt i molt petites, de manera que es pot veure que si les molècules d’aigua tinguéssin aquesta mida, un gota d’aigua seria més gran que la muntanya de l’Everest.
Per saber-ne més…
Centre educatiu / entitat
Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital – UdG
Responsable
Sílvia Simon Rabasseda
