Parlem de pressió. I de la seva didàctica

     Florenci Pla - Professor de  Didàctica de la ciència i la tecnologia del bàtxelor en ciències de l’educació.

Per introduir el concepte de pressió des del punt de vista de la Física ens plantejarem la pregunta següent “qui està més preparat per caminar per la neu, l’ànec o la gallina?.

Com procedir per donar resposta a la pregunta?. Veiem que parla de caminar, per la qual cosa caldrà, en primer lloc, analitzar els peus (es camina amb els peus, no?) dels dos animals. I també parla de neu, doncs caldrà conèixer les propietats físiques de la neu.

Així doncs, analitzem “els peus” de l’ànec i de la gallina per veure si hi trobem alguna diferència. Efectivament veurem que són molt diferents ja que els dits del peu de l’ànec estan units per unes membranes en canvi els dits de la gallina no.

L’interrogant també ens planteja qui està més preparat per caminar per la neu. La neu, si més no recent caiguda, té una textura pulverulenta que en dificulta la mobilitat. Per caminar interessa que el peu s’enfonsi el menys possible sobre la superfície sobre la qual es camina, en el nostre cas la neu. Aquí hi intervé el concepte de pressió (que el podem entendre com a sinònim de penetrabilitat).

La pressió és defineix com la força (en aquest cas el pes) per unitat de superfície (P=F/S). D’aquí deduïm que la pressió (llegiu penetrabilitat) és directament proporcional al pes (F) i inversament proporcional a la superfície (S). Això vol dir que, per a un mateix pes, si la superfície augmenta la pressió disminueix i en conseqüència si la superfície disminueix la pressió augmenta.

Com que per caminar ens interessa que la penetrabilitat sigui mínima (interessa que ens enfonsem el mínim) si considerem que l’ànec i la gallina pesen el mateix només tenim com a variant entre els dos animals la superfície dels seus peus.

Com que la pressió (penetrabilitat) interessa que sigui mínima voldrà dir que la superfície haurà de ser la màxima, ja que el pes és el que és. Entre l’ànec i la gallina, qui té més superfície de ”peu”? Hem vist que l’ànec, doncs l’ànec farà menys pressió sobre la superfície de la neu i en conseqüència s’enfonsarà menys i es desplaçarà millor.

Això demostra que l’ànec esta més ben preparat per caminar per la neu que la gallina.

Enteneu ara perquè quan ens hem de desplaçar per la neu ho fem amb esquís o amb raquetes de neu?

Vegem ara altres situacions que es poden respondre aplicant el concepte de pressió.

Què fa més mal, una bufetada o un cop de puny?

Hem vist que com més superfície de contacte menor serà la pressió i en conseqüència menor la penetrabilitat. Com que la superfície de contacte del puny és més petita que la de la palma de la mà, un cop de puny farà més mal (més pressió) que una bufetada tot i que piquem amb la mateixa força.

Qui camina millor per una superfície de gespa un senyor amb sabata plana o una senyora amb sabates de taló alt?

Com sempre hi jugarà un paper important la superfície de contacte. Com la superfície de contacte és menor en la sabata de taló alt (només es recolza al terra per la punta del peu i el taló) la pressió (penetrabilitat) serà més alta i en conseqüència s’enfonsarà a la gespa i tindrà més dificultats per caminar que el senyor amb sabata plana, ja que en aquest cas la superfície de contacte és molt  més gran.

Us heu fixat com caminen les senyores que porten sabata de taló fi quan caminen per un terra tou (gespa)? Veritat que ho fan com un ànec.

Pensant amb sabates de tacs veurem que aquests seran molt útils si el que busquem és justament enfonsar-se en el terreny.  És el cas de les botes de futbol. També és el cas dels grampons fets amb puntes afilades en la base per tal que penetrin al gel (redueixen al mínim la superfície de contacte fent que la pressió sigui màxima). El resultat és que s’agafen al gel.

Per què s’esmolen els ganivets?

El ganivet interessa que tingui una gran penetrabilitat per això caldrà disminuir la superfície de contacte. Quan afilem un estri el que s’aconsegueix és disminuir la superfície del tall i en conseqüència augmenta la pressió (fent la mateixa força aconseguirem més penetrabilitat).

Podem pensar en molts altres objectes com: claus, espases, fletxes, xinxetes, arpons, estaques, l’aparell bucal dels mosquits per picar i molt més.

Per què els cotxes tot terreny porten les rodes amples?

Aquest tipus de vehicles com que sovint es desplacen per terrenys tous caldrà que la pressió que fan les rodes sobre el terreny sigui petita. Com que el pes d’aquests vehicles acostuma a ser alt, caldrà que la superfície de contacte de la roda amb el terra sigui màxima. Per això porten les rodes amples.

Per què els patins de gel tenen tant poca superfície de contacte?

La forma d’aquest patins sembla contradir el principi que venim defensant ja que hem vist que el grampons (poca superfície de contacte) s’agafen al gel i sembla que per patinar sobre gel caldria uns patins amb gran superfície. És veritat, però cal tenir en consideració que els patins de gel toquen al terra mitjançant una superfície prima i llarga (com un ganivet) i no porten punxes com els grampons. Aquesta forma dels patins de gel té la particularitat que es pot moure fàcilment endavant i endarrere però no cap al costat.

Un altre aspecte que s’ha de tenir en compte per entendre el disseny dels patins de gel és que el gel es fon al pressionar-lo. Com que la superfície de contacte del patins de gel és molt petita exerciran un forta pressió sobre el gel i en conseqüència es fondrà. Aquesta aigua de fusió del gel que hi ha sota el patí disminueix la fricció del patí amb el gel i això farà que el patinador llisqui amb més facilitat. Quan el patí es retira del lloc l’aigua formada es torna a congelar ja que la pressió torna a ser la normal (pressió atmosfèrica).

Adaptació a l’entorn

Un exemple d’adaptació a l’entorn el trobem amb la perdiu blanca que viu en zones d’alta muntanya una part important de l’any cobertes de neu. Dons resulta que aquest animal, al plomatge d’hivern, té una cobertura de plomes a les potes que n’augmenta la superfície de contacte (semblant a la de l’ànec) que li permet desplaçar-se per la neu amb certa facilitat.

Els coneixement del concepte de pressió també ens poden ajudar a salvar vides

Com trencar el vidre d’emergència d’un vehicle?

Si mai teniu necessitat de trencar el vidre d’emergència d’un vehicle no ho intenteu a cops de puny ni ha cops de peu, la pressió que fareu no serà suficient per trencar-lo. Busqueu un objecte que acabi amb punxa (el martell que es troba just a la finestra d’emergència) i colpegeu el vidre. Com que la superfície de contacte és mínima, la pressió que aconseguireu serà màxima i el vidre es trencarà.

Com rescatar una persona que ha caigut en un llac gelat?

Imaginem que anem d’excursió a la muntanya amb nens petits. Fem una parada en un llac gelat i jugant sobre el gel un dels nens cau al llac. Com rescatar-lo?

Aquesta és una pregunta que acostumo a ficar als estudiants del bàtxelor en ciències de d’educació per veure si l’han entès i el saben aplicar el concepte de pressió a una situació real (aprenentatge competencial).

Una possible resposta seria: “Si anem a buscar-lo caminat probablement caurem al llac (es trencarà el gel) abans d’arribar al lloc on ha caigut el nen ja que gel no suportarà la pressió (quocient entre el nostre pes i la superfície de les sabates). El que interessa és analitzar com podem fer per disminuir la pressió i tal com hem vist el que hem de fer és augmentar la nostra superfície de contacte amb el gel. Com fer-ho? Doncs anar-lo a rescatar arrossegant-nos (o donant voltes) per sobre el gel ja que així augmentarem la superfície de contacte amb el gel i en conseqüència la pressió disminuirà”.

Com podeu veure saber Física també pot salvar vides.

Aquí hem tractat el concepte de pressió tenint en compte que hi ha dos cossos que estant en contacte. També podríem parlar d’altres tipus de pressió com: pressió hidràulica (deguda als líquids), pressió atmosfèrica (deguda a l’aire), pressió arterial (de la sang dins de les venes), olla a pressió, etc. Però això ho deixarem per al proper butlletí del mes de juny.

Ah! I també podríem parlar (no ho faré) de la pressió urbanística, de la pressió psicològica, de la pressió fiscal, de grups de pressió i d’un llarg etcètera.

Share on FacebookTweet about this on Twitter