Exercicis: Fenòmens gravitatoris, elèctrics i magnètics

Et cau l'entrepà i acaba a terra. Quina força l'hi ha portat? Ha calgut que alguna cosa el toqués o l'empenyés cap avall? Com s'anomenen les forces que actuen sense contacte?

Completa la frase: «La gravetat és una força de la naturalesa que atrau $\dots$ els objectes cap al centre de la $\dots$, sense necessitat de $\dots$ amb ells».

En treure't un jersei de folre polar a l'hivern sents uns espetecs i notes que els cabells se t'eriçen. Quin tipus de força produeix aquests efectes: gravitatòria, elèctrica o magnètica? Actua per contacte o a distància?

La Marta juga amb dos imants de barra que tenen els pols marcats, com es mostra a la figura.

Què passa si acosta dos pols nord entre si? I si acosta un pol nord amb un pol sud? Escriu la regla general dels pols magnètics.

Què és una brúixola i per a què s'ha utilitzat durant segles? Per què la seva agulla apunta sempre aproximadament cap al nord?

Classifica aquests fenòmens segons la força de la naturalesa que els produeix (gravitatòria, elèctrica o magnètica):

1. a) Una pera es desprèn de l'arbre i cau.
2. b) Un clip es queda enganxat a l'imant de la nevera.
3. c) En treure la roba de l'assecadora, uns mitjons es queden enganxats a una samarreta.
4. d) La Lluna gira al voltant de la Terra sense escapar-se.

Els planetes del sistema solar giren al voltant del Sol sense sortir-se de les seves òrbites. Quina força els reté? Cal que el Sol toqui els planetes per atraure'ls?

La Marina acosta un imant a una xinxeta i aquesta «salta» cap a l'imant abans d'arribar a tocar-lo, com es mostra a la figura.

1. a) Com anomenem les forces que, com aquesta, actuen sense que hi hagi contacte?
2. b) Saltaria igual una xinxeta feta de plàstic? Per què?

A classe freguem dues varetes de plàstic amb el mateix drap i en pengem una d'un fil. En acostar-hi la segona vareta, la que està penjada s'aparta, com es mostra a la figura.

1. a) S'atreuen o es repel·leixen les varetes?
2. b) Què indica el resultat sobre el signe de les seves càrregues?
3. c) De quin tipus és la força que observem?

Acostes un globus que has fregat amb llana a un rajolí prim d'aigua de l'aixeta i l'aigua es corba cap al globus, com es mostra a la figura.

1. a) Quin tipus de força desvia l'aigua?
2. b) Per què diem que actua a distància?
3. c) Es corbaria el raig si el globus no s'hagués fregat? Justifica-ho.

Una pesa de cuina de $1\ \text{kg}$ viatja a la Lluna.

1. a) Continua tenint $1\ \text{kg}$ de massa allà?
2. b) Pesa el mateix a la Lluna que a la Terra?
3. c) Explica amb les teves paraules la diferència entre massa i pes.

A la Lluna la gravetat és unes $6$ vegades menor que a la Terra. Amb el teu millor impuls aconsegueixes aixecar els peus $30\ \text{cm}$ de terra a la Terra.

1. a) Quina alçada assoliries a la Lluna amb el mateix impuls?
2. b) Explica per què els astronautes avançaven fent «saltets» per la superfície lunar.

En Teo mou un clip per damunt de la taula fent lliscar un imant per sota del tauler, sense tocar el clip en cap moment, com es mostra a la figura.

1. a) Quin tipus de força actua sobre el clip?
2. b) Anomena una altra força de la naturalesa que també actuï sense contacte.
3. c) Indica una semblança i una diferència entre la força magnètica i la força gravitatòria.

L'agulla d'una brúixola apunta al nord, però en acostar-hi un imant potent es desvia de la seva posició.

1. a) Per què es desvia l'agulla?
2. b) Què ens indica això sobre el motiu pel qual la brúixola apunta al nord quan no hi ha imants a prop?
3. c) Seria fiable orientar-se amb una brúixola dins d'una capsa plena d'imants?

Durant una tempesta, dins dels núvols se separen càrregues elèctriques i de sobte salta un llamp cap a terra, com es mostra a la figura.

1. a) A quin tipus de força de la naturalesa es deu el llamp?
2. b) Molts edificis porten un parallamps: una punta metàl·lica a la part superior connectada a terra. Per a què serveix?

Provem un imant amb objectes d'un calaix: un clip, una bala de vidre, una cullera d'acer, una goma d'esborrar, un cargol de ferro i un tap de suro.

1. a) Prediu quins atraurà l'imant.
2. b) Què tenen en comú els objectes atrets?
3. c) Per què diem que la força magnètica és «selectiva» mentre que la gravetat no ho és?

Compara les tres forces de la naturalesa estudiades en el tema (gravitatòria, elèctrica i magnètica) responent per a cadascuna a aquestes preguntes: atrau tots els objectes o només alguns?, pot també repel·lir?, necessita contacte? Acaba posant un exemple quotidià de cadascuna.

Imagina que d'un dia per l'altre la gravetat de la Terra es fes el doble d'intensa. Descriu i justifica tres canvis que notaries en la teva vida diària, pensant per exemple en la teva motxilla, en l'esport que practiques o en com cauen els objectes.

A la superfície de Mart la gravetat és unes $3$ vegades menor que a la Terra.

1. a) Si a la Terra peses $450\ \text{N}$, quant pesaries a Mart?
2. b) Hauria canviat la teva massa? Justifica-ho.
3. c) Et resultaria més fàcil o més difícil aixecar-hi la teva motxilla? Per què?

Vols comprovar com depèn la força d'un imant de la distància. Dissenya l'experiència amb un imant, un clip i un regle: explica què muntaries, què mesuraries, què compararies i quin resultat esperes obtenir.

En plena tempesta elèctrica, al camp, convé evitar certs llocs.

1. a) Per què és perillós refugiar-se sota un arbre alt i aïllat?
2. b) Els parallamps es col·loquen al punt més alt dels edificis i es connecten a terra: raona per què aquesta posició i aquesta connexió.
3. c) Per què creus que es recomana sortir de l'aigua de la piscina o de la platja quan hi ha tempesta?

Un excursionista ha perdut la seva brúixola, però porta una agulla de cosir, un petit imant i un tap de suro, i pot aconseguir un got amb aigua.

1. a) Proposa un mètode per improvisar una brúixola amb aquests objectes.
2. b) Explica per què l'agulla acabarà apuntant aproximadament al nord.
3. c) Què passaria amb totes les brúixoles del món si la Terra deixés de comportar-se com un imant?

Després de fregar un globus amb un drap sec, el globus atrau els teus cabells encara que els cabells no estiguin carregats.

1. a) Explica com pot el globus atraure els cabells sense tocar-los.
2. b) El truc deixa de funcionar al cap d'una estona: cap a on creus que van les càrregues del globus?
3. c) Prediu si l'experiment funcionarà millor en un dia sec o en un d'humit, i raona la resposta.

Una nau espacial viatja de la Terra a Mart.

1. a) Quina força de la naturalesa actua sobre la nau durant tot el viatge?
2. b) En allunyar-se de la Terra, l'atracció que la Terra exerceix sobre la nau augmenta o disminueix?
3. c) Quan la nau estigui molt més a prop de Mart que de la Terra, quin cos creus que atraurà amb més força la nau? Raona les teves respostes pensant en la massa dels cossos i en la distància.

Repte del tema. Dissenya el teu propi dinamòmetre casolà i analitza les forces quotidianes al teu entorn.

1. Calibratge experimental: Penja una goma elàstica d'un suport fix. Suspèn-ne diferents masses conegudes fent servir recipients amb aigua ($50\text{ ml}$, $100\text{ ml}$, $150\text{ ml}$ i $200\text{ ml}$, sabent que $100\text{ ml} \approx 0,1\text{ kg}$). Mesura cada allargament $\Delta l$ amb un regle anotant la seva incertesa ($\pm 0,1\text{ cm}$) i calcula el pes corresponent amb $P = m \cdot g$ (fent servir $g = 9,8\text{ m/s}^2$).

2. Tractament de dades: Construeix una taula amb els teus valors i dibuixa la gràfica $P$ enfront de $\Delta l$ per verificar la llei de Hooke i deduir la constant elàstica $k$. Justifica per què el sistema arriba a l'equilibri de forces quan el pes s'atura.

3. Forces a distància: Frega intensament un bolígraf de plàstic amb una peça de llana i acosta'l a un petit tros de paper suspès (o acosta un imant de nevera a un clip metàl·lic suspès). Observa i raona com aquesta interacció electroestàtica o magnètica actua com a agent de canvi capaç de vèncer el repòs a distància.

Elabora un breu informe científic que inclogui la taula de dades, la gràfica i les teves conclusions raonades.

Es valorarà:

• Rigor en les mesures casolanes i especificació clara de la incertesa instrumental.

• Qualitat de la gràfica elaborada i càlcul correcte de la constant elàstica $k$.

• Justificació física de l'equilibri estàtic i dels efectes de les forces a distància.