Sabers que s'aprenen

#INT4t.2. Reconeixement de la força com a agent de canvis als cossos que s’aplica a altres camps com el disseny, l’esport o l’enginyeria, entre d’altres.

#INT4t.3. Ús de la representació vectorial en gràfics i operacions numèriques amb forces i la seva aplicació a la resolució de problemes relacionats amb sistemes sotmesos a conjunts de forces, i valoració de la seva importància en situacions quotidianes.

#INT4t.4. Identificació i representació de les principals forces de l’entorn quotidià, com ara el pes, la normal, el fregament, la tensió o l’empenta, i el seu ús en l’explicació de fenòmens físics en diferents contextos.

#HC4t.3. Ús del llenguatge científic, incloent-hi l’ús adequat de sistemes d’unitats i eines matemàtiques bàsiques, per argumentar i comunicar amb diferents entorns científics i d’aprenentatge.

#HC4t.4. 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

• Modelització de situacions quotidianes en què intervenen forces per plantejar-ne la resolució simplificada. [INT.FOR4; INT.FOR11]
• Caracterització d’una força com a magnitud vectorial. [INT.FOR2; INT.FOR11]
• Representació gràfica d’una força donada la seva intensitat, direcció, sentit i punt d’aplicació. [INT.FOR2]
• Determinació gràfica de la resultant d’un conjunt de forces aplicades sobre un mateix punt. [INT.FOR2; INT.FOR11]
• 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 o en dues. [INT.FOR4; INT.FOR11]
• Caracterització de la força normal com aquella que fa una superfície sobre la qual es recolza un objecte i no permet que l’objecte la travessi, i que és aplicada perpendicularment a la superfície de recolzament. [INT.FOR8]
• Discussió sobre les forces que actuen quan estem totalment i parcialment sobre una bàscula, diferenciant el pes de la interacció persona-bàscula en cada situació. [INT.FOR8]
• Elaboració d’argumentacions a partir de models científics, incloent-hi l’ús d’expressions matemàtiques i representacions gràfiques quan sigui necessari. [ESS]
• Ús adequat de la terminologia científica, les magnituds i les seves corresponents unitats.

Interacció amb altres blocs de sabers

-

Idees clau que es construeixen

[INT.FOR1]. Les forces expliquen les interaccions entre objectes.

[INT.FOR2]. La força que exerceix un cos sobre un altre s’expressa com una magnitud vectorial.

[INT.FOR3]. Tota interacció entre dos cossos implica dues forces iguals i oposades.

[INT.FOR4]. L’efecte combinat de diverses forces es pot agrupar en una sola força resultant.

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

[INT.FOR8]. La força normal és la que exerceix una superfície contra un objecte que intenta travessar-lo.

Descripció de l’activitat per al docent

Presentació i context

Totes les persones hem fet servir alguna vegada una bàscula, sigui per saber el nostre pes o bé per mesurar el pes d’algun objecte material, a la cuina o al laboratori. Però, què mesura exactament una bàscula? Sempre mesura el pes de l’objecte? A partir d’aquesta pregunta volem promoure la reflexió sobre conceptes com ara la 3a llei de Newton, les característiques de la força normal i del pes, i la composició de forces en una dimensió.

La proposta obliga l’alumnat a raonar què mesura realment la bàscula, a partir del plantejament de situacions en què la força que es fa sobre ella sigui diferent del pes. D’aquesta manera l’alumnat entén que la normal no és la força de reacció al pes, sinó la reacció al que s’hi recolza a sobre. L’activitat també proposa fer la composició de forces que actuen sobre diferents cossos i representar gràficament els parells de força corresponents a cada interacció.

Desenvolupament de l’activitat

L’activitat parteix de l’anàlisi de la mesura d’una bàscula de bany en quatre situacions diferents (Figura 1), segons la posició d’una persona i de les accions que faci amb un bastó de massa menyspreable (un pal de fregar o d’escombra, per exemple):

Figura 1: Il·lustració de les diverses situacions que planteja l'activitat

L’alumnat ha de començar fent la seva predicció de què creu que mesurarà la bàscula, ordenant cada situació en funció del valor que creu que marcarà la bàscula en cada una de les situacions (per exemple, de més petit a més gran). No és tan important la precisió del valor esperat, sinó l’ordre, és a dir, de l’estil: “Crec que en la situació 4 la bàscula mesurarà més/menys/igual que en la situació 1”.

Un cop feta aquesta predicció inicial, s’interroga l’alumnat sobre quines són totes les forces que actuen sobre la balança, sobre la persona i sobre el pal. Es demana quines són forces d’acció-reacció, i se’ls proposa que representin sobre la figura el diagrama de forces de cada un dels objectes (persona, barra, balança). Posteriorment, si es disposa del material necessari, es proposa efectuar les quatre mesures i comparar-les amb la predicció inicial.

L’activitat finalitza amb una explicació i la revisió del diagrama de forces que actuen sobre la balança, la relació entre les seves intensitats i l’obtenció del valor mesurat per la bàscula en cada cas. Per facilitar aquesta anàlisi més quantitativa i l’escalat de la representació, es pot proposar que l’alumnat assigni valors al pes (per exemple, d’uns 500 N en tots els casos) i a la força que la persona fa sobre el terra/bàscula/sostre mitjançant la barra (per exemple, d’uns 100 N en tots els casos). Com hem dit abans, en el càlcul convé considerar la massa del bastó negligible, ja que el seu pes serà molt inferior a la força que la noia li fa.  

Per fer-ho, ajudarà que l’alumne identifiqui qui fa la força i qui la rep en cada moment, indicant-ho amb la notació Fa-b, en la qual “a” és qui la fa i “b”, qui la rep.

Situació	Objecte que interactua directament amb la bàscula	Forces cap amunt	Forces cap avall	Què mesurarà la bàscula?
	Noia	Fbàscula-noia = ? Fbastó-noia = 100 N	Fterra-noia = 500 N (Pes)	400 N ~ 40 kg
	Bastó	Fbàscula-bastó = ?	Fnoia-bastó=100N	100 N ~ 10 kg
	Noia i bastó	Fbàscula-(noia+bastó) = ?	Fterra-noia = 500 N (pes)	500 N ~ 50 kg
	Noia	Fbàscula-noia = ?	Fterra-noia = 500 N (pes) Fbastó-noia = 100 N	600 N ~ 60 kg

Variacions i suports

En funció dels recursos del centre i de les característiques del grup, es pot plantejar com una activitat experimental per fer al mateix centre educatiu, o bé com una proposta “de recerca” perquè l’alumnat la treballi en petits grups fora de l’horari lectiu, per posteriorment analitzar-ne els resultats a l’aula de manera conjunta.

Recursos

A la publicació “Didàctica de la física per a l’educació secundària obligatòria” (pàg. 26), de Víctor López-Simó i Digna Couso, podeu trobar la versió imprimible de la proposta de treball per a l’alumnat.