Física i Química AVENÇOS CIENTÍFICS DEL SEGLE XXI Aquest material és una obra col·lectiva concebuda , dissenyada i creada al Depar tament d ’ Edicions de Grup Promotor / Santillana , dirigit per Teresa Grence Ruiz i Anna Sagristà Mas. En l ’elaboració han par ticipat: David Sánchez Gómez EDICIÓ Pere Macià Arqué EDICIÓN E JECUTIVA David Sánchez Gómez DIRECCIÓN DEL PROYECTO Antonio Brandi Fernández 3 E S O
Polseres d ’activitat............................... 4 Superordinadors per pronosticar el temps ................................................. 6 Plantes dessalinitzadores ................... 8 Cotxes elèctrics . ................................ 10 Biografia: Elon Musk Descobriment del bosó de Higgs . ............................................. 12 Biografia: Javier Santaolalla Bateries recarregables....................... 14 Col·lisions de forats negres............... 16 Biografia: Alícia M. Sintes Índex 2
Exploració d ’altres mons . ................. 18 Biografies: Svetlana Ivànovna Guerassimenko i Klim Ivànovitx Txuriúmov Coixí de seguretat . ........................... 20 La bicicleta del futur ja és aquí . ......... 22 Materials nous: el grafè. ................... 24 Biografies: Pablo Jarillo-Herrero i Rosa Menéndez Il·luminació amb leds........................ 26 Biografia: Hiroshi Amano Pantalles amb tecnologia OLED .... 28 Panells solars eficients .............................................. 30 Biografies: Verónica Molina, Cecilia Moreno, Guillermina Barnett i Francisca Barnett 3
Pol seres d ’ac t iv it at Fa uns quants anys, gairebé ningú podia augurar l’èxit que tindrien aquests dispositius. Quin esportista no disposa avui d’una polsera o d’un rellotge intel·ligent? Al començament no va ser gens fàci l . El s tres primers anys, l ’empresa Fitbit n om é s t en i a do s emp l e a t s , i f i n s a l quart no va aconseguir beneficis. «El dia de la mostra , quan vam llançar el primer producte, algú em va preguntar quanta gent havia reser vat el dispositiu i vaig respondre que només cinc persones. Em van dir que era una xifra bastant pessimista», rememora el CEO de Fitbit, James Park. www.itespresso.es El 2007 l’empresa Fitbit va comercialitzar la primera polsera d’activitat. Les pol seres d’activ itat estan dotades de diversos sensors. Aqu e st s sens ors el s p ermet en c ompi l ar div e r s o s t i pu s d e d ad e s i nf ormat iv e s . Po st e r i or - m ent , e s pro c e ss en l e s d ad e s p e r mo st ra r - t e e l s suggeriments apropiats mitjançant una aplicació. ▶ Com mesuren les passes? Quasi totes inclouen uns sensors anomenats acceleròmetres que mesuren el moviment; normalment contenen tres eixos que fan possible que percebin el moviment en totes les direccions. ▶ Com mesuren l’altura? Det erminen l ’altura de les muntanyes o pendents qu e pu ge s mi tjançant un a l t ímetre . Amb aqu e st mateix sensor poden saber quants esglaons d 'escala has pujat o baixat en el transcurs del dia . ▶ Com saben com dormo? Per mitjà d ’ uns sens ors capaç o s d e fer un segui - ment d e l s mov iment s d e l can e l l . Q uan dormim , int er pret en l a po si ció hor itzont al del c o s c om l a fase d’entrada al son . El ritme cardíac di sminueix, el cos experimenta hipotensió, els músculs es relaxen i els moviments disminueixen . La polsera d’activitat també pot detectar la baixada del ritme car - díac i l’absència de moviment al canell . ▶ Com mesuren el pols? Mitjançant dos mètodes: • Sens ors òpt i c s . Usen uns sens ors qu e emet en feixos de llum contínua que es difumina a la pell i il·lumina els vasos sanguinis, mentre que un alt re s e n s o r p e r c e p l a v e l o c i t a t a l a qu a l e l c o r bomba la sang. Aquest si stema és especialment útil quan fem exercici , perquè el nostre ritme cardíac és molt fàcil de percebre. • Sensors de bioimpedància . Emeten uns impulsos elèctrics que di scerneixen la resi stència que hi té la pell . Aquesta bioimpedància s’interromp cada vegada que el cor batega , i d’aquí fan la lectura del pols cardíac. ▶ Com mesuren les calories? A partir de les dades recollides pels sensors de moviment i temperatura . Ai xí , poden saber quant es passes hem fet al l l arg del dia , quantes escales baixem i pugem i quina distància hem recorregut. Al final de la jornada , aquesta informació és comparada usant algorismes amb les dades que prèviament s’ han introduït a la polsera d’activitat, com ara el pes, l’alçada , el sexe i l’edat. El resultat es mostra com la quantitat de calories que s’ han cremat al llarg del dia . pulseradeactividad .net > Busca informació sobre les funcionalitats que afegeix un sensor GPS a les polseres d ’activitat i explica-les. 4
L’acceleròmetre Un dels primers sensors que es van incorporar als telèfons mòbils va ser l ’acceleròmetre, un di spositiu capaç de mesurar acceleracions, és a dir, la variació en la velocitat per unitat de temps. En un acceleròmetre mecànic, se situa una massa dins d’una carcassa . Aquesta massa hi està suspesa mitjançant un mecani sme el àstic ( per exemple, un ressor t), de manera que es pugui desplaçar des de la seva posició d’equilibri . Aquí entren en joc la llei de l’elasticitat de Hooke i la segona llei de Newton . Quan s’aplica una força per desplaçar la carcassa, la massa sísmica, que hi està connectada amb un material elàstic (el ressort), es desplaça una distància proporcional a la força aplicada ( llei de Hooke), que, al seu torn, és proporcional a l’acceleració aplicada a la carcassa (segona llei de Newton). Com que el sistema ha d’obeir les dues lleis i la força és la mateixa en ambdós casos, a partir de les equacions podem establir que: m · a 5 k · x, en què a 5 (k/m) · x. Per tant, es pot obtenir el valor de l’acceleració, ja que k és la constant d’elasticitat del ressort (que és coneguda perquè l’hem posat nosaltres), m és la massa desplaçada (la massa sísmica) i x és la distància desplaçada, que podem mesurar. A més, es compleix que l’acceleració és proporcional al desplaçament. Aquest dispositiu només mesura l’acceleració en l’eix longitudinal. Atès que vivim en un món tridimensional, necessitem replicar aquest sistema en tres eixos perpendiculars entre si (x, y, z). Amb el valor d’aquests tres components es pot calcular el valor de l’acceleració en qualsevol direcció espacial. Segur que has pensat en la dificultat que deu suposar aconseguir que aquest sistema mecànic tan petit formi part dels nostres t elèfons moderns i miniaturitzats. Hi ha diversos tipus d’acceleròmetres que utilitzen la mateixa idea , però diferents f e n òm e n s f í s i c s , q u e f a n q u e c a d a t i p u s s i g u i m é s i d o n i per a certs usos. E n e l s a c c e l e r ò m e t r e s c a p a c i t i u s s’o b t e n e n v a r i a c i o n s e n e l s e ny a l e l è c t r i c p r o p o r c i o n a l s a l a f o r ç a a p l i c a d a i , per tant, a l ’acceleració. Com que són electrònics, poden ser e x t remam e n t p e t i t s i e s p o d e n f a b r i c a r i n t e g ra t s e n x i p s de silici en un telèfon intel·ligent. Com que la força de la gravetat actua sempre i té un valor conegut (9,8 m/s2), és fàcil fer servir els valors de cada eix de l’acceleròmetre per determinar l’angle d’inclinació i, per tant, la posició del dispositiu. D’aquesta manera se’n pot mostrar el contingut amb l’orientació correcta i girar-la quan canviï . Així mateix, les variacions dels valors es poden utilitzar com a senyal d’entrada per a aplicacio n s , p e r e x e m p l e , p e r s i m u l a r u n v o l a n t en els jocs de conducció. atomosybits.com > Pensa en algunes aplicacions del teu telèfon mòbil i identifica per a què fan servir l’acceleròmetre. E l 2019 Google va anunc i a r l a compra de Fi tb i t pe r 2 . 100 mi l ion s de dòl a rs . Aplicant acceleració Distància menor entre plaques Acceleròmetre en repòs 5 Ri tme Ri tme mi t j à ( km) Mi l l o r r i tme ( km) Ri tme mí n im ( km) Có r re r a l ’a i re l l i ure R i tme : 5 ' 55 ' ' R i tme : 5 ' 18 ' ' R i tme : 5 ' 21 ' ' R i tme : 5 ' 25 ' ' R i tme : 5 ' 29 ' ' Aques t a vo l t a : 5 km. Temps t o t a l : 27 mi n 28 s .
RkJQdWJsaXNoZXIy