Exercicis de forces, moviment i energia — Física i Química 2n ESO

Les forces es mesuren en newtons, que s'abreugen amb la lletra N. El nom ve d'Isaac Newton, el científic que va estudiar les forces i la gravetat.

Apliquem v = e/t.
v = 100/10 = 10 m/s.
El corredor va a 10 metres cada segon (una velocitat molt alta, de velocista d'elit).

Renovables: el sol (solar) i el vent (eòlica). No renovables: el petroli, el carbó i el gas natural (combustibles fòssils, que s'esgoten i contaminen).

De v = $\tfrac{d}{t}$ obtenim t = $\tfrac{d}{v}$.
t = 300 $\tfrac{m}{6}$ $\tfrac{m}{s} = 50$ s.
Comprovació: 6 m/s · 50 s = 300 m.

P = m · g = 5 kg · 9,8 N/kg = 49 N.
La massa (en kg) mesura la quantitat de matèria i no canvia; el pes (en N) és la força amb què la Terra atrau el cos i depèn de g.

Canvi en el moviment: a) la pilota passa de repòs a moviment; c) la bicicleta redueix la velocitat.
Deformació: b) la goma s'allarga; d) l'esponja es comprimeix.

Mateix sentit: les forces se sumen. R = 30 + 20 = 50 N, en el sentit comú.
Sentits contraris: les forces es resten. R = 30 - 20 = 10 N, en el sentit de la força més gran.

Pila: energia química (que es transforma en elèctrica).
Aigua d'un embassament: energia potencial gravitatòria.
Cotxe en moviment: energia cinètica.
Llum del sol: energia radiant (lluminosa).

S'usa el dinamòmetre.
Es basa en una molla: com més gran és la força, més s'allarga la molla (l'allargament és proporcional a la força), i això es llegeix en una escala graduada en newtons.

Conductors: coure, alumini i ferro (metalls).
Aïllants: plàstic, vidre i goma.
Per això els cables tenen un conductor de coure recobert d'un plàstic aïllant.

La gravetat és la força que ens atrau cap a terra: fa caure les coses cap avall. El fregament és la força que frena els cossos que llisquen o roden: per exemple, fa que una pilota que roda per terra acabi aturant-se. Cap de les dues es veu, però sí que en veiem els efectes.

Perquè l'energia no desapareix mai: només es transforma. Quan 'gastem' energia, aquesta es converteix en altres formes, sovint en calor que s'escampa a l'ambient i que ja no podem aprofitar. La quantitat total es conserva, però part es transforma en calor poc útil.

La temperatura mesura com de calent o fred està un cos i es dona en graus (°C). La calor és energia que passa d'un cos a un altre quan estan a temperatures diferents i es mesura en joules. En resum: la temperatura és un estat del cos; la calor és energia que es transfereix del calent al fred.

La calor ha anat de la sopa (més calenta) a la cullera (més freda), i s'ha escampat pel metall fins al mànec. Per això el mànec, que no tocava la sopa, també s'escalfa: la calor sempre va del cos més calent al més fred.

El corrent elèctric és el moviment d'electrons per un material conductor, com el coure dels cables. Perquè funcioni, el circuit ha d'estar tancat i tenir una pila o generador (que empeny els electrons), cables (per on circulen) i un receptor (com una bombeta); sovint també un interruptor per obrir i tancar el pas.

Primer, la velocitat a m/s: $\tfrac{72}{3{,}6} = 20$ m/s.
d = v · t = 20 m/s · 15 s = 300 m.

L'allargament és proporcional a la força: 3 cm / 1,5 N = 2 cm per newton.
Allargament = 4 N · 2 cm/N = 8 cm.
Comprovació: 4 N és $\tfrac{4}{1{,}5} = 2{,}67$ vegades 1,5 N, i 3 · 2,67 = 8 cm.

a = ($v_{final}$ - $v_{inicial}$) / t = $\tfrac{(20 - 0)}{8} = 2{,}5$ $\text{m/s}^{2}$.
Vol dir que cada segon la velocitat augmenta 2,5 m/s.

Les forces tenen sentits contraris, per tant es resten: R = 60 - 45 = 15 N, en el sentit de l'empenta.
Com que la resultant no és nul·la, la caixa accelera en el sentit de la força.
Si empenyéssim amb 45 N, la resultant seria zero i la caixa aniria a velocitat constant o estaria quieta.

En sèrie hi ha un sol camí per al corrent: si una bombeta es fon, el circuit s'obre i les altres dues s'apaguen.
En paral·lel cada bombeta té la seva pròpia branca: si una es fon, les altres segueixen enceses.
Per això les llums de casa estan connectades en paral·lel.

Bombeta: energia elèctrica → energia lluminosa (i calor).
Ventilador: energia elèctrica → energia cinètica.
Panell fotovoltaic: energia lluminosa → energia elèctrica.
Pila de llanterna: energia química → energia elèctrica.

La pregunta demana metres per segon, així que passem 90 km/h a m/s dividint per 3,6.
$\tfrac{90}{3{,}6} = 25$ m/s.
La moto recorre 25 metres cada segon.

Primer l'aigua de dalt de l'embassament té energia potencial (per l'altura). En caure, es converteix en energia cinètica (l'aigua es mou de pressa). Aquesta cinètica mou les turbines i es transforma en energia elèctrica. En resum: potencial, després cinètica, després elèctrica.

a) 0–4 s: v = 20/4 = 5 m/s. 4–8 s: v = 0 (la posició no canvia). 8–10 s: v = (0 - 20)/2 = -10 m/s (el signe negatiu indica que torna enrere).
b) Va 20 m cap endavant i 20 m de tornada: 20 + 20 = 40 m.
c) Avança a 5 m/s durant 4 s, s'atura 4 s i torna al punt de partida a 10 m/s durant 2 s.

Temps del primer tram: $\tfrac{90}{60} = 1{,}5$ h. Temps del segon tram: $\tfrac{60}{120} = 0{,}5$ h. Temps total: 2 h.
Distància total: 90 + 60 = 150 km.
Velocitat mitjana = 150 km / 2 h = 75 km/h.
No és $\tfrac{(60 + 120)}{2} = 90$ km/h perquè el tren ha estat més temps a la velocitat baixa.

Com que s'apropen l'un a l'altre, les velocitats se sumen: 10 + 20 = 30 km/h.
Temps: t = 30 km / 30 km/h = 1 h.
El primer ciclista ha recorregut 10 km/h · 1 h = 10 km.
Es creuen al cap d'1 h, a 10 km del poble del primer ciclista (i a 20 km de l'altre).

L'energia no desapareix: es transforma.
En el xoc amb el terra, una part de l'energia es converteix en calor (la bola i el terra s'escalfen una mica), en so (se sent el cop) i en deformació de la bola.
Aquesta energia ja no es pot aprofitar per tornar a pujar la bola, i per això arriba menys amunt.

Energia = 2 kW · 3 h = 6 kWh.
Cost = 6 kWh · 0,20 €/kWh = 1,20 €.

La calor va de l'aigua calenta a la freda fins que s'iguala la temperatura (equilibri tèrmic).
a) Masses iguals: temperatura final = (80 + 20)/2 = 50 °C.
b) Amb 1 L a 80 °C i 3 L a 20 °C es fa la mitjana ponderada: (1·80 + 3·20)/4 = 140/4 = 35 °C.
La temperatura final és més propera a la de la massa d'aigua més gran.

A la Terra: P = 60 · 9,8 = 588 N. A la Lluna: P = 60 · 1,6 = 96 N.
La massa és de 60 kg en tots dos llocs: la massa no depèn de la gravetat, el pes sí.