Nom

L'aigua puja cap a dalt

Categoria

Física (mecànica).

Grup d'edat

Nens de 6 anys o més grans

Nombre de participants

De 4 a 6 nens, en funció del material disponible.

On

A l'aula

Durada

15minuts, aproximadament.

Preparació

Material

2 gots.

Una capsa petita (de la mida dels dos gots, aproximadament).

Una palla (que pugui doblar-se).

Objectius

Anàlisi científic

Els participants adquireixen experiència de primera mà sobre els principis fonamentals de mecànica. Alguns d'aquests principis són:

• Massa i inèrcia.
• L'efecte palanca i el seu significat.
• Les forces de fricció.
• Plans inclinats.
• El moviment uniforme i el moviment accelerat.

Passos

És millor si l'experiment es prova primer en un plat de dutxa.

1. Poseu la capsa a sobre del plat de dutxa.
2. Ompliu un got d'aigua i el col·loqueu amb compte dins de la capsa. Col·loqueu el segon got a sobre del plat de dutxa de manera que aquest últim quedi situat en un nivell inferior respecte del got de la capsa.
3. Poseu la palla dins del got ple d'aigua i xarrupeu una mica d'aigua fins que la palla sigui completament plena d'aigua. Llavors, tapeu la palla amb el dit per l'extrem per on es va xarrupar l'aigua.
4. A continuació, dirigiu la palla cap a l'altre got i traieu el dit.

Explicació científica

L'aigua flueix per tota la palla fins a arribar al segon got. I va cap a dalt.

Com funciona això?

Sembla que l'aigua circula cap a dalt! L'explicació no és tan complicada com sembla a simple vista.

El pes de l'aigua de la segona part (i més llarga) de la palla és lleugerament superior al pes de l'aigua a la zona submergida. L'aigua surt de la part més llarga perquè unes forces (les anomenades forces de cohesió) mantenen totes les molècules d'aigua juntes. Les molècules d'aigua en el fragment més llarg arrosseguen, per dir-ho d'alguna manera, les molècules d'aigua del fragment més curt.

Aquest és el motiu pel qual l'aigua flueix cap a dalt, perquè en l'extrem on la palla es doblega, l'aigua tira cap a baix cap al costat l'aigua del fragment més curt.

Possibles variacions

Consell: També podeu deixar la palla fora, sense got, i utilitzeu una tovallola!

Atenció amb

Referències

http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/bergauf/index.html

En detall

Nom

La capsa de llumins i el clauer

Categoria

Física (mecànica).

Grup d'edat

Nens de 5 anys o més grans

Nombre de participants: 2 persones o més

On

A l'aula

Durada

20 minuts, aproximadament.

Material

Un objecte pesat i un objecte lleuger (p. ex, una capsa de llumins i un clauer).

Una vareta, p. ex., un llapis llarg, un tub o una bomba de bicicletes, una corda d'1 metre de longitud, aproximadament.

Objectius

Que adquireixin experiència en:

• Massa i inèrcia.
• L'efecte palanca i el seu significat.

El moviment uniforme i el moviment accelerat.

Passos

Primer, lligueu els dos objectes a cada un dels extrems de la corda. A continuació, agafeu la vareta i la col·loqueu horitzontalment a nivell dels ulls, i hi passeu la corda per sobre, alhora l'objecte lleuger es manté subjecte amb l'altra mà. Estireu l'objecte lleuger fins que l'objecte pesat estigui a punt de tocar la vareta. L'objecte lleuger s'ha de mantenir en una posició plana comesmostra en el dibuix. Atenció heu d'evitar sostenir l'objecte lleuger per sobre de la vareta.

Què creieu que succeeix quan es deixa anar l'objecte lleuger? Probablement, pensareu el mateix que vaig pensar jo la primera vegada que vaig escoltar parlar d'aquest experiment. Estava convençut que l'objecte pesat aniria cap a baix i arrossegaria el més lleuger fins a arribar al terra. Però això no és així.

És cert que l'objecte pesat cau però no arriba al terra perquè l'objecte lleuger s'enrotlla a la vareta i el conjunt arriba a equilibrar-se.

Explicació científica

Primer hem d'imaginar-nos un objecte lleuger penjat d'una corda com en un pèndol. Si l'objecte estigués simplement lligat a la |vareta i el deixéssim anar es balancejaria durant uns segons i segurament assoliria la mateixa altura des de la qual es va deixar anar. La velocitat de balanceig depèn de la longitud de la corda. És fàcil observar que els pèndols de corda curta es mouen més ràpid que els de corda més llarga.

En el nostre experiment, l'objecte lleuger no té llibertat total per balancejar-se, perquè l'objecte pesat estira la corda quan cau cap a baix. En caure, la longitud de la corda de la qual penja l'objecte lleuger es fa cada vegada més curta i, en conseqüència, la velocitat de balanceig augmenta fins que arriba a abastar una altura superior a l'habitual (perquè va més ràpid). Llavors, passa per sobre de la vareta en direcció a l'altre costat on agafa impuls de nou i continua balancejant-se. La corda es fa cada vegada més curta i el procés es repeteix fins i tot quan queda tan subjecte a la vareta que la força que fa

l'objecte pesat és insuficient per continuar estirant l'objecte lleuger. Tot això en el nostre experiment, l'objecte lleuger no té llibertat total per balancejar-se, perquè l'objecte pesat estira la corda quan cau cap a baix. En caure, la longitud de la corda de la qual penja l'objecte lleuger es fa cada vegada més curta i, en conseqüència, la velocitat de balanceig augmenta fins que arriba a abastar una altura superior a l'habitual (perquè va més ràpid). Llavors, passa per sobre de la vareta en direcció a l'altre costat on agafa impuls de nou i continua balancejant-se. La corda es fa cada vegada més curta i el procés es repeteix fins i tot quan queda tan subjecte a la vareta que la força que fa l'objecte pesat és insuficient per continuar estirant l'objecte lleuger. Tot això s’ha de veure, sens dubte, amb la fricció i pot comprovar-se molt fàcilment: una vegada realitzat l'experiment proveu de fer pujar l'objecte pesat estirant la corda sense desenrotllar-la. Podreu comprovar que és molt més difícil que quan la corda simplement penjava de la vareta.

Possibles variacions

Atenció amb

Procureu que els objectes no siguin gaire grans per evitar que xoquin quan la corda s'està enrotllant. Si això succeís, la corda deixaria d'enrotllar-se i els dos objectes caurien al terra.

Referències

http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/bergauf/index.html

En detall

Nom

El bussejador a l'ampolla d'aigua

Categoria

Física (mecànica).

Grup d'edat

Nens de 3 a 6 anys

Nombre de participants

6 nens

On

A l'aula

Durada

60 minuts aproximadament.

Preparació

• Penseu en símbols, els dibuixeu, els pinteu i els retalleu.
• Agafeu el material.
• Provar de fer l'experiment abans de presentar-lo al grup de nens.

Per al pòster gran, enganxeu juntes cartolines grogues i blaves.

Material

Ampolles de plàstic, plastilina, cartolina, taps de bolígrafs, aigua, gots, paper llapis, goma d'enganxar, tisores.

Objectius

Socioemocionals

• Els nens aprenen a cooperar.
• Els nens es recolzen els uns als altres.

Cognitius

• Durant la fase d'introducció, els nens adquireixen coneixements. Els nens aprenen i entenen com funciona.

Bona coordinació

• Els nens modelen la plastilina perquè el bussejador romangui en posició vertical dins de l'aigua.
• Els nens omplen les ampolles d'aigua.

Passos

1. Introducció

Els símbols pintats són dins d'una capsa. El pòster de la terra i l'aigua és enmig. Un darrere d'un altre, els nens agafen un símbol, diuen en veu alta de què es tracta i l'assignen correctament. Una vegada s'han enganxat tots els símbols al cartell comprovem que tot sigui correcte.

2. Realització

Cada nen agafa un tros de plastilina i el modela en forma de pilota. Poseu una mica de plastilina a cada tap. Cada nen comprova que el bussejador roman a l'aigua en posició vertical. Si és així, els nens ompliran l'ampolla d'aigua, col·locaran el bussejador dins de l'ampolla i la taparan.

Quan s'estreny l'ampolla, el bussejador es mou cap a baix.

Quan es deixa anar l'ampolla, el bussejador

 torna a pujar.

Fase final:

Cada nen presenta novament el seu bussejador.

Explicació científica

Com s'explica la flotació?

Tots els líquids tenen una pressió hidrostàtica que augmenta amb l'altura del líquid a la columna. La pressió hidrostàtica de l'aigua és de 0,1 bar/metre, aproximadament. Això significa que, en el cas d'un cos (que imaginem com un cos suspès en un aquari) la pressió hidrostàtica exercida en ambdós costats està equilibrada. En el dibuix, aquest efecte s'il·lustra amb parells de fletxes de la mateixa longitud en direcció a l'objecte des d'ambdós costats (dreta i esquerra).

Tanmateix, la pressió que exerceix el líquid a la part superior i inferior del cos no és idèntica, ja que aquesta augmenta a major profunditat. En conseqüència, la pressió sobre la superfície inferior del cos és major que a la superfície superior i la força resultant empeny el cos cap a dalt. Si la força resultant és major que el pes del cos, el cos puja cap a dalt.

Possibles variacions

El bussejador no pot modificar-se llevat que es jugui amb els colors de la plastilina. Tanmateix, la introducció i la fase final poden modificar-se segons es desitgi.

Atenció amb

No agiteu el bussejador per evitar que s'enfonsi. No utilitzeu ampolles de plàstic de la cadena Aldi.

Referències

Ardley, Neil / Burnie, David: Spannende Experimente aus Natur und Tecn., Loewe-Verlag

http://www.koftball.de/arcexp.phtml?kbsec=arcexp&selExperiment=326&dr=datum#auftr

En detall

Nom

El tub escalador

Categoria

Física (mecànica).

Grup d'edat

Nens de 5 anys o més grans

Nombre de participants

4-6 nens alhora

On

A l'aula

Durada

45 minuts aproximadament.

Preparació

Material

Un tub de cartró (el millor és un tub per guardar pòsters amb tapes de plàstic en ambdós extrems, però també poden utilitzar-se tubs de paper de cuina i dos cercles fets de cartró), una vareta de fusta de longitud igual al diàmetre del tub i una corda.

Explicació científica

Instal·lació

Habitualment, un conjunt d'aixecament està format per dos blocs units. La corda per pujar el pes està enfilada de manera que va alternant cada un dels blocs. L'ajust o la diferència de mida dels blocs assegura que les diferents parts de la corda no es freguin. Una set s'uneix a un element estructural de suport de l'edifici mentre que l'altra set, amb un ganxo per poder carregar, penja de la corda.

Fins i tot per al transport horitzontal, els blocs d'aixecament poden utilitzar-se si es connecten amb una manovella.

Efecte

L'efecte reductor de força del bloc d'aixecament es basa en l'efecte de palanca. Com a conseqüència de la disposició en paral·lel de les diferents parts que formen la corda, l'altura de la càrrega és menor que la longitud de la corda tensada. La força necessària per tirar de la corda és inversament proporcional al nombre de blocs movibles més 1. Per exemple, si el conjunt té un bloc movible, la força necessària a aplicar es redueix a la meitat: 1/ (1 +1) = ½. Quan s'utilitzen tres blocs movibles, només és necessària una quarta part de la força, però llavors la longitud de la corda ha de ser quatre vegades major.

Teòricament, la força necessària podria reduir-se fins al punt que una formiga podria aixecar un elefant si utilitzés un bloc d'aixecament. Tanmateix, existeixen una sèrie de limitacions:

• L'espai necessari seria molt més gran que el que ens puguem imaginar.
• La distància seria tan llarga que la formiga moriria abans d'assolir-la.
• Els blocs i la corda també s'haurien d'aixecar, i això implicaria una energia potencial més gran.

Ja que sobre els blocs sempre actuen forces de fricció, part del treball es transforma en calor de fricció. Cert nombre de blocs absorbeix tota l'energia utilitzada i això obligaria la formiga a parar-se.

Passos

Primer, col·loqueu la vareta de fusta creuada dins del tub i fixeu-la amb xinxetes. A continuació, feu passar un tros de corda a través d'un orifici de la tapa superior en direcció a l'interior del tub. Feu el mateix a la tapa inferior. Aquí, la corda es dirigeix cap a dalt a través del llaç de l'altra corda, torna cap a baix, passa per la vareta de fusta i de nou, una altra vegada, cap a dalt.

Lligueu ambdues cordes amb un nus.

Si s'utilitzen discos de cartró en lloc de tapes de plàstic, utilitzeu goma d'enganxar per enganxar-los al tub.

Per acabar, pinteu el tub i el tub escalador estarà llest. Si ara es tira de la corda inferior el tub es mou cap a dalt.

Possibles variacions

Construïu blocs d'aixecament a l'exterior i transporteu pesos.

Referències

http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/kletterrohr/index.html

http://www.net-lexicon.de/Flaschenzug.html

Atenció amb

En detall

La construcció interior rep el nom de conjunt d'aixecament.

Nom

Una torre de bales mecànica Torre de bales 1

Categoria

Física (mecànica).

Grup d'edat

Nens de 4 anys o més grans amb instructors.

Nombre de participants

5 nens o més.

On

A l'aula.

Durada

4 setmanes,

aproximadament.

Preparació / Material

Plataforma de fusta, llistons de fusta de diferents mides i grossors, 4 taules, mànegues de plàstic, caixes de cartró d'Ikea, materials petits (corones, vidres trencats, cotó, llana). Xarxa, diaris, cinta de velcro, pneumàtics i càmeres de bicicleta, goma d'enganxar (de la que es fon quan s'aplica calor) en grans quantitats, claus, cargols, filferro i altres materials menors.

Objectius

Aplicació dels principis bàsics en mecànica adquirits en experiments previs.

Passos

Primer feu un dibuix en una pissarra i recolliu idees. Partint del dibuix obtingut oferiu uns materials o uns altres.

A continuació, munteu una estructura de tres pisos, i col·loqueu-hi els tres departaments de dalt a baix seguint el recorregut de les bales.

Els elements individuals dissenyeu-los en color.

Paral·lelament, feu el departament per al dòmino i l'elevador.

A la part superior de la torre, poseu làmines de fusta amb una ranura enmig a través de la qual les bales puguin passar.

Feu diversos forats a la part superior de la torre per permetre el pas de les bales d'un departament a l'altre.

Al departament 1, subjecteu els túnels amb corda per a estels. La mànega del segon departament és relativament fàcil de subjectar, però és necessari utilitzar una corda normal (gradient) perquè les bales no s'embussin.

El departament 3 és fàcil d'integrar. Tanmateix, l'opció de fer passar les bales per la dreta o per l'esquerra és una mica més difícil i al final podeu solucionar el problema amb una corda.

No hi ha d’haver cap dificultat per muntar i instal·lar el set de dòmino. Però dirigir la bola de tal manera que toqui la primera fitxa perquè desencadeni la caiguda en sèrie és complicat i requereix molta habilitat quan vol fer-se funcionar la màquina.

La construcció de cada un dels elements que formen l'elevador no suposa cap problema. Tanmateix,  instal·lar tot el sistema pot ser, de vegades, dramàtic i no exempt de risc.

Explicació científica

Sense canvis respecte als experiments previs relacionats amb el tema.

Atenció amb

Possibles variacions

Referències

BBS VII - Sozialwesen -, Böklinstrasse 29, 38106 Braunschweig

En detall

1. Estireu la corda (1) que penja d'un dels costats. Com a resultat d'això, s'obre la petita barrera (2) que bloqueja el pas de la bala cap al circuit i la bala comença el seu descens. Després de recórrer uns centímetres, la bala arriba al final de la pista i impacta amb la primera fitxa, del conjunt de fitxes de dòmino (3). La bala cau en un got on queda atrapada.
2. S'inicia una reacció en cadena que provocarà la caiguda de totes les fitxes de dòmino, una darrere d'una altra. Per tornar a col·locar les fitxes de nou en la seva posició original estireu les cordes petites (5).
3. A la cistella (6) de l'elevador (7) hi ha una segona bala que es fa pujar fins a la segona pista. Al final del recorregut la bala arriba fins un got (8) i cau en el departament 1.
4. El departament 1 és un sistema de tubs de cartró llargs i de forma rectangular (9).
5. Els punts s'integren a aquest sistema gràcies al qual la bala pot seguir dues trajectòries diferents.
6. En el departament 2, la bala circula per una mànega llarga i transparent de plàstic dur.
7. Al principi del departament 3, la bala arriba a un túnel llarg i rectangular de cartró (11) al final del qual un pot decidir si fer-la circular pel costat esquerre o pel dret, simplement estirant una corda.
8. En el costat dret hi ha un petanco (12) i en l'esquerre un circuit en zig-zag (13).

Al final del recorregut hi ha un tub (14) que torna la bala de nou a la cistella de l'elevador.

Nom

Torre de bales 2 - pujant i baixant la vall

Categoria

Física:

   - Mecànica

Grup d'edat

Nens de 4 anys o més grans amb instructors.

Nombre de participants

5 nens o més.

On

A l'aula.

Durada

4 setmanes aproximadament.

Material / preparació

Plataforma de fusta, llistons de fusta de diferents mides i grossors, 4 taules, mànegues de plàstic, caixes de cartró, materials petits (corones, vidres trencats, cotó, llana),. Xarxa, periòdics, cinta de velcro, pneumàtics i càmeres de bicicleta, goma d'enganxar (de la que es fon amb la calor) en grans quantitats, claus, cargols, filferro i altres materials menors.

Objectius

Aplicació dels principis bàsics en mecànica adquirits en experiments previs.

Passos

Primer construïu l'estructura de la torre de bales mecànica. L'estructura bàsica consisteix en una plataforma de fusta amb dues taules en un dels laterals, en l'altre lateral, cargolem, una clavilla de fusta per donar més estabilitat a la plataforma. Tots els elements s’uneixen amb cargols. Després de passar els punts, les bales corren per una de les 4 mànegues fins a arribar a un dels 4 carrils, tots de la mateixa mida. Cada carril, consisteix en una plataforma de fusta. Cada un representa un tema diferent, p. ex., una carretera amb cotxes, un riuet amb un pont o un salt d'esquí. Els temes poden ser els que desitgeu. Per a la construcció dels 4 carrils utilitzeu materials com a llana, cotó i elements decoratius per a trens en miniatura.

Explicació científica

Vegeu experiments i projectes previs.

Possibles variacions

Després de passar pels diferents carrils, les bales cauen sobre una taula de fusta clavada amb certa pendent. Les bales corren cap als laterals i cauen sobre una taula de fusta llarga. Les bales s’aturen gràcies a una barrera.

Amb l'ajut d'una cinta de goma, les bales són disparades cap a una rampa feta amb pneumàtics de bicicleta. Des d'allà, es transporten cap a dalt en una caixa que penja d'una corda. La corda amb la caixa es troba lligada a dues rodes de bicicleta, col·locades un a sobre d’una altra. El pneumàtic superior pot girar-se amb l'ajut d'una petita manovella. Com a conseqüència de la rotació del pneumàtic superior, l'inferior també es mou i la caixa puja cap a dalt.  Quan les bales arriben a dalt de nou, cauen de la caixa i tornen a baixar per l'embut. Les bales passen per l'embut i corren mànega a baix cap a la primera pista amb les caixes de cartró i el circuit comença de nou.

Atenció amb

Referències

BBS VII - Sozialwesen -, Böklinstrasse 29, 38106 Braunschweig

En detall