Sabers que s'aprenen

#INT.1. Predicció de les característiques fonamentals del moviment dels objectes a partir dels conceptes de la cinemàtica, per formular hipòtesis sobre valors futurs d’aquestes magnituds, mitjançant l’ús del càlcul numèric elemental, la interpretació de gràfiques i el disseny, el muntatge i l’anàlisi d’activitats experimentals com a eines de contrast de les hipòtesis relacionades amb el moviment dels objectes.

#INT.3. Descripció dels efectes de les forces a partir d’observacions de fenòmens quotidians o de situacions simulades en el laboratori.

#INT.4. Aplicació de les lleis de Newton per entendre com es comporten els sistemes materials davant l’acció de les forces i predir-ne els efectes en situacions quotidianes i de seguretat viària.

#HC.2. Disseny i realització de treball experimental i emprenedoria de projectes de recerca per resoldre problemes mitjançant l’ús de l’experimentació, la indagació, la deducció, la recerca d’evidències o el raonament logicomatemàtic per fer inferències vàlides a partir de les observacions i l’elaboració de conclusions pertinents i generals que vagin més enllà de les condicions experimentals, per aplicar-les a nous escenaris.

#HC.5 Interpretació i producció d’informació científica en diferents formats i amb diferents mitjans per desenvolupar un criteri propi basat en el que el pensament científic aporta per millorar la societat.

Concrecions dels sabers curriculars

• Interpretació i anàlisi de la informació de taules de dades per calcular paràmetres del moviment uniformement accelerat d’un objecte. [INT.MOV7]
• Elaboració de gràfics x-t i v-t per representar el moviment a acceleració constant a partir de taules de dades. [INT.MOV7]
• Extracció d’informació a partir de gràfics per treure conclusions sobre el moviment d’un objecte i deduir els paràmetres característics en el cas de moviments a acceleració constant. [INT.MOV7]
• Comprovació experimental o mitjançant simulacions que els efectes de les forces sobre un objecte són canvis o bé en la rapidesa amb què es mou o en la direcció del moviment, però també en el moviment relatiu d’una part del cos respecte a l’altra (deformacions o trencaments). [INT.FOR6]
• Realització de càlculs matemàtics per resoldre problemes basats en situacions de la vida quotidiana relacionats amb sistemes sotmesos a conjunts de forces en una dimensió. [INT.FOR4]
• Disseny i realització d’experiments a partir de preguntes investigables. [ESS]
• Discussió de la relació entre les variables implicades en el disseny d’experiments, especialment entre variables dependents i independents. [ESS]
• Identificació de les fonts d’error experimental. Identificació de la relació entre els resultats experimentals i les expressions matemàtiques.
• Ús de diverses estratègies en format oral o audiovisual per comunicar de forma efectiva els resultats d’una recerca feta a l’aula.

Interacció amb altres blocs de sabers

-

Idees clau que es construeixen

[INT.MOV6]. El canvi de velocitat d’un objecte s’expressa per mitjà de l’acceleració.

[INT.MOV7]. En un gràfic v(t), el pendent representa l’acceleració.

[INT.FOR5]. Els cossos tendeixen a mantenir el seu estat de moviment.

[INT.FOR7]. El pes és la força gravitatòria amb què la Terra atrau els cossos i depèn de la massa.

[INT.FOR9]. El fregament sempre s’oposa al moviment entre superfícies.

Descripció de l’activitat per al docent

Presentació i context

La circulació de vehicles està regulada per un conjunt de normes, que tenen per objectiu reduir els riscos d’accident. En què es basen aquestes normes? Quins són els aspectes fonamentals per circular de manera segura? Quina relació té aquesta normativa amb la física del moviment i les forces?

A partir d’aquest context de la seguretat viària, i en relació amb el treball de les forces i el moviment a 3r d’ESO, es planteja una pregunta de recerca a l’alumnat: de què depèn la distància de frenada d’un vehicle? Per abordar-la, es proposa una petita investigació experimental centrada en quatre factors: la massa del vehicle, la massa de càrrega, la inclinació de la carretera i el fregament amb el terra. L’alumnat treballa en petits grups i cada grup s’especialitza en un d’aquests factors, amb l’objectiu final d’elaborar un pòster científic on es presenti la pregunta de recerca, la hipòtesi, el procediment, els resultats i les conclusions. Els pòsters es presentaran en un congrés científic, per tal de compartir els experiments efectuats i extreure’n conclusions conjuntes.

Més enllà de l’aprenentatge sobre la física de la frenada i sobre la metodologia experimental de la física, l’activitat pretén que l’alumnat reflexioni sobre la importància de la regulació de la circulació de vehicles, i prengui consciència sobre els aspectes rellevants per desplaçar-se de manera segura.

Desenvolupament de l’activitat

En primer lloc, a partir d’exemples quotidians (camions, motos, pluja, carreteres en pendent), es recullen idees prèvies sobre la distància de frenada i es formula de manera conjunta la pregunta general de recerca. Tot seguit, a cada grup se li assigna un factor que haurà d’analitzar i fa una breu recerca d’informació per comprendre qualitativament com pot influir el seu factor en la distància de frenada. Alguns dels factors poden ser, per exemple:

• rugositat de la superfície de frenada,
• massa del vehicle,
• tipus de pneumàtics,
• presència d’aigua a la carretera.

A partir d’una recerca inicial, cada grup formula una hipòtesi justificada sobre si el seu factor farà augmentar o disminuir la distància de frenada.

Posteriorment, es dissenya l’experiment amb materials senzills (cotxes de joguina, masses afegides, superfícies de diferent rugositat), i s’insisteix que només es pot modificar un factor cada vegada, mentre que la resta de condicions es mantenen constants.

Els cotxes de joguina s’han de moure inicialment sempre amb la mateixa velocitat. Per aconseguir-ho de manera senzilla, es pot construir una rampa i deixar caure els cotxes des de dalt d’aquesta. En el moment en què toquen el terra, comença la frenada del cotxe. Per tal de simular la frenada d’un cotxe, afegirem una boleta de plastilina entre les rodes i el xassís del cotxe, que evitarà que les rodes del cotxe girin. Mesurarem la distància de frenada entre aquest punt i el punt en què el cotxe s’atura, tal com indica la Figura 1.

Figura 1: Distància de frenada

Cada grup fa diverses repeticions de les seves proves, mesura la distància de frenada i registra les dades en una taula. A partir d’aquestes dades, l’alumnat relaciona les variables experimentals (què passa quan augmenta la massa o la rugositat de la superfície, etc.) i extreuen conclusions que responguin a la pregunta inicial.

Finalment, amb tota aquesta informació, elaboren un pòster científic en el qual organitzen el seu treball en apartats (títol, pregunta, hipòtesi, materials i muntatge, procediment, resultats, conclusions i aplicació a la vida real). La seqüència acaba duent a terme un “congrés científic”, en què tots els grups exposen el seu pòster i escolten les presentacions dels companys, així com fan un debat de síntesi, en què es contrasten els resultats de totes les recerques per extreure’n conclusions generals.

Variacions i suports

La complexitat de les recerques experimentals dependrà del material de laboratori disponible. Per exemple, si es disposa de sensors de distància, es poden obtenir directament els gràfics posició-temps de la frenada a temps real. En el cas que no es disposi de sensors, es pot optar per enregistrar els moviments en vídeo, i analitzar-los amb programari com Tracker, Sigmund o VidAnalysis (els enllaços estan disponibles a l’apartat següent). Aquesta és una opció interessant però laboriosa, ja que requereix que l’alumnat faci servir un programari nou. Si no es té gaire temps, la tercera opció és simplement mesurar la distància de frenada amb una cinta mètrica.

L’activitat es pot adaptar al nivell de l’alumnat i als recursos disponibles. En grups amb més dificultats, es pot simplificar el nombre de factors treballats, proporcionar bastides per prendre dades i per estructurar el pòster, o bé fer la recerca prèvia de manera més col·lectiva.

Recursos

Sigmund Video Analysis: https://noragulfa.com/sigmund/

Software Tracker: https://opensourcephysics.github.io/tracker-website/

Vid Analysis Free: https://www.vidanalysis.eu/index.html

A l’apartat “3.2. Acreditació de Nivell 2: Pràctica de Dinàmica” del projecte “CRASH”   trobareu una seqüència de treball semblant a la que aquí es proposa: https://ddd.uab.cat/pub/recdoc/2024/301142/3_alumnat_itinerarominerva_crash.pdf

Al dossier REVIR “Moviment de frenada i distància de seguretat” trobareu una seqüència de treball semblant a la que aquí es proposa, tot i que caldrà simplificar-la per adaptar-la a 3r d’ESO: https://ddd.uab.cat/pub/recdoc/2016/182198/Moviment_de_frenada_i_distancia_de_seguretat_a_la_carretera.pdf