Title: 1.2. L'experimentació: la mesura, magnituds, unitats i disseny experimental
Course: Física i Química 3r ESO 1r T

La mesura

Imatge lliure de drets d’autor sota sota llicència Creative Commons - Piqsels

La mesura

Per poder analitzar el món que ens envolta cal MESURAR el que observem.

L'enciclopèdia.cat ens defineix la mesura com: "Comparar una quantitat, una magnitud física, etc., amb una altra de la mateixa espècie que hom pren com a unitat o patró."

Vegem ara doncs, aquests nous conceptes...! magnituds... unitats... segur que sabeu el que són però costa una mica diferenciar-ho, de vegades.

💡 Pensa en un número a l'atzar... el 7? posa-hi ara unes lletres darrere... què et sembla la "m"?... ajunta-ho tot... el número 7 per sí sol potser no té sentit però si estem MESURANT alguna cosa i anotem 7m ja tenim una mica més d'idea del que estem parlant... 7 és un valor, m les unitats, i junts ens descriuen una magnitud. Saps quina magnitud estaríem mesurant? i quin objecte o què podria fer 7m?

 Activitats Un cop torneu a la pàgina inicial del curs podreu realitzar activitats sobre la mesura.

Magnituds

Drets de la imatge del capçal: magnituds - imatge lliure de drets d'autor - Kai Dahms @dilucidus - Unsplash

Les magnituds

Una magnitud és qualsevol propietat de la matèria que es pot mesurar i en permet descriure millor el que ens envolta d'una manera objectiva.

💡 [Reflexió] Quines magnituds veiem en la imatge? Sobre què ens informa? Per altra banda... podem mesurar l'alegria? i la tristesa? i la massa? segur que si ho preguntem als que tinguem a la vora trobaríem una resposta clara per cada una d'aquestes tres idees però... ens posaríem d'acord en la pregunta sobre si es pot mesurar el color...?

▶ [Vídeo] Mireu aquest vídeo de 3 minuts sobre en Neil Harbisson, un artista de mare catalana nascut a Mataró el 1984. En Neil és el primer cíborg reconegut al món...

 Podem mesurar el color?

Drets de la imatge de Neil Harbisson - Wikipedia

Les unitats de mesura

Drets de la imatge de la capçalera: imatge lliure de drets d’autor sota sota llicència Creative Commons - Piqsels

Unitats de mesura

Una unitat de mesura és una quantitat estandarditzada que descriu una magnitud.

💡 [Reflexió] Quines unitats es veuen a la imatge superior? què indiquen? tindrien sentit per sí soles sense cap valor que les acompanyés? Què podem deduir veient aquesta imatge?

El sistema internacional d'unitats

El sistema internacional d'unitats

Segurament ja has estudiat algun cop el sistema internacional d'unitats de manera directa o indirecta. Recordes les escales d'unitats?

LONGITUD: Km   Hm   Dam   m dm   cm   mm

MASSA:   Kg  Hg    Dag     g    dg    cg    mg

TEMPS: h     min     s

El sistema internacional d'unitats el que fa és unificar diferents maneres de descriure les magnituds i estableix quina és recomanable utilitzar per a cada magnitud.

EL SISTEMA INTERNACIONAL D'UNITATS (S.I.)
Magnitud | Unitat S.I. | Abreviatura
longitud | metre | m
massa | quilogram | kg
temps | segon | s
intensitat de corrent | Ampère | A
temperatura | Kelvin | K
quantitat de substància | mol | mol
intensitat lluminosa | candela | cd

Les unitats que resulten de magnituds derivades de les magnituds fonamentals exposades en el punt anterior, agafen relacions entre aquestes magnituds i es reanomenen, per exemple, un Newton és la força, expressada en kg que cal fer per moure una massa d'1Kg a raó d'1m/s2. Per tant, un Newton és una magnitud que depèn de magnituds fonamentals com la massa, el metre, i el segon.

FORÇA: 1 Newton = 1 N = 1 kg · m / s ^2

Hi ha altres sistemes d'unitats al món, i compte!! ИФ PФSДЯ-SΞ D'ДCФЯD ДMБ LΞS ЦИIΓДΓS PФΓ SЦPФSДЯ ЦИ GЯΞЦ PЯФБLΞMД! (sí, no posar-se d'acord amb les unitats, pot suposar un greu problema... ho podreu veure més avall)

- Sistema Internacional d'Unitats (SI): és el sistema més utilitzat (basat en les unitats de la taula superior) (m, kg, s)
- Sistema mètric decimal: primer sistema unificat de mesures (basat en el metre i el gram (m, g)
- Sistema CGS: les unitats bàsiques són el centímetre, el gram i el segon (cm, g, s)
- Sistema natural: les unitat s'escullen de tal manera que certes constants físiques valguin exactament 1.
- Sistema tècnic d'unitats: derivat del sistema mètric. Actualment en desús.
- Sistema anglosaxó o sistema imperial: utilitzat pels països anglosaxons, sobretot els Estats Units: es basen sobretot en la polzada (in), el peu (ft), la iarda (yd) i la milla (mi)
  - 1 in = 2,54 m
  - 1 ft = 12 in = 0,3048 m
  - 1 yd = 3 ft = 0,9144 m
  - 1 mi = 5280 ft = 1,609344 km

📑 [Curiositat] Imagineu-vos que vosaltres feu càlculs per dir que heu de fer una ruta de 25m i no heu posat les unitats... i ho interpreta algú que està utilitzant el sistema CGS: li estaríem dient una distància de 25cm!

Drets de la imatge: Mars Climate Orbiter - imatge lliure per a usos educatius - Crèdit: NASA - JPL-Caltech

Doncs això és el que va passar amb la Mars Climate Orbiter, el setembre de 1999, després de gairebé 9 mesos del llançament... La Mars Climate Orbiter és una sonda que es va enviar a Mart per analitzar l'atmosfera i el clima del planeta vermell, i per ser, més tard, un centre de comunicacions per a futures missions alhora que supervisés la pols atmosfèrica i el vapor d’aigua de Mart i prengués fotografies diàries de la superfície del planeta per construir un mapa evolutiu dels canvis climàtics.

Què va passar? doncs que es va perdre el contacte amb el satèl·lit quan ja s'esperava que agafés l'òrbita definitiva, i va precipitar-se cap a l'atmosfera marciana desintegrant-se abans de tocar a terra.

Una investigació va indicar que el fracàs va resultar d’un error de navegació a causa de l’ enviament de comandes de la Terra en unitats angleses ( en aquest cas, lliures i segons) sense haver-les convertit abans a unitats del sistema internacional (Newton i segons).

Font: In Depht | Mars Climate Orbiter (NASA)

Múltiples i submúltiples

Múltiples i submúltiples

A matemàtiques possiblement heu treballat o esteu treballant la notació científica. Sabeu que la massa de la Terra és molt gran (us imagineu pesar la Terra?), de fet, és d'uns 5.973.600.000.000.000.000.000.000 kg en unitats del sistema internacional, però... és pràctic escriure els números així?

Quan escrivim els números amb notació científica simplifiquem l'escriptura dels nombres. La massa de la Terra es pot expressar, doncs, com a 5'9736 x10^24kg., però de vegades és convenient fer ús de les dades en unitats diferents.

💡 [Reflexió] Tot i que hem dit que cal fer ús del sistema internacional d'unitats, si treballes en un laboratori de microbiologia mesuraries la mida dels orgànuls de les cèl·lules en metres? I si emmagatzemes vídeos que has fet mentre observaves les mitocòndries, els gravaràs en un dispositiu de memòria de 32.000.000.000 bites?

Imatges lliures de drets d’autor sota sota llicència Creative Commons - Piqsels

Com ja hem vits abans, aquests ón els múltiples i submúltiples de les unitats més habituals del sistema internacional:

LONGITUD: Km   Hm   Dam   m dm   cm   mm

MASSA:   Kg  Hg    Dag     g    dg    cg    mg

TEMPS: h     min     s

Coneixíeu aquestes?

MÚLTIPLES I SUBMÚLTIPLES
Prefix | Símbol | Valor |  | Prefix | Símbol | Valor
Exa- | E | 10^18 |  | deci- | d | 10^-1
Peta- | P | 10^15 |  | centi- | c | 10^-2
Tera- | T | 10^12 |  | mil·li- | m | 10^-3
Giga- | G | 10^9 |  | micro- | μ | 10^-6
Mega- | M | 10^6 |  | nano- | n | 10^-9
Kilo- | k | 10^3 |  | pico- | p | 10^-12
Hecto- | h | 10^2 |  | femto- | f | 10^-15
Deca- | da | 10^1 |  | atto- | a | 10^-18

1 Angstrom (Å) = 1·10^-10m

 📌 [Recurs] Les mides de l'univers. Del micromon al macromon. Obriu el següent enllaç, es tracta d'un simulador de longituds que compara la mida d'una persona amb els objectes científics més petits coneguts o estudiats fins a l'actualitat i els més grans observats o pressuposats a l'Univers.

https://htwins.net/scale2/

Accés a l'Aplicació "la Escala del Universo 2"- Creat per Cary Huang

Factors de conversió d'unitats

Factors de conversió d'unitats

Fins ara hem vist la importància de saber què són les unitats i amb quines unitats treballem... com podem passar d'unes unitats a unes altres? Per a fer-ho utilitzem el que tots els científics coneixem per fα¢тσяѕ ∂є ¢σиνєяѕισ́.

Quan fem un càlcul amb factors de conversió posem inicialment el valor que volem convertir i després un seguit de factors (fraccions) en les quals al denominador es posa la unitat que volem simplificar i al numerador el valor equivalent en la unitat final o a l'inrevés.

Per exemple...

Si sabem que un 🚗 cotxe va a 90 km/h però hem de fer càlculs basats en el Sistema Internacional d'Unitats, hem de fer aquests factors:

\( 90 \frac{km}{h} · \frac{1000m}{1 km} · \frac{1h}{60min} · \frac{1h}{60s} = 25 m/s \)

Observeu que hi ha unitats que es repeteixen al numerador i al denominador, quan això passa, podem suprimir / tatxar aquestes unitats i quedar-nos amb les úniques que no es repeteixen al lloc que els correspon.

💡 [Activitat] A la  imatge del llançament del coet Atlas V per la missió Mars2020? què deuen representar 1544 MP/H i 15MILES? ho veurem a les activitats del curs.

Drets de la imatge : Coet Atlas V amb el Robot Perseverance Mars Rover -  Missió Mars2020. I matge lliure per a usos educatius - Crèdit: NASA - JPL-Caltech

 +info Teniu més informació a la pàgina de l' Edu365 per saber com fer-los i provar de fer-ne alguns de l'apartat d' enunciats .

.