Sid Tröghetslagen : Allting vill behålla sin rörelse eller vara i vila. Bara en kraft kan ändra fart eller riktning på något.

Transkript

1 Björne Torstenson KRAFTER sid 1 Centralt innehåll: Hävarmar och utväxling i verktyg och redskap, till exempel i saxar, spett, block och taljor. (9FVL2) Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. (9FVL1) Dokumentation av undersökningar med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter. (även 7) (9FMA4) Sid Tröghetslagen : Allting vill behålla sin rörelse eller vara i vila. Bara en kraft kan ändra fart eller riktning på något. Tänk dig en biltur: Bilen står stilla (är i vila) ända tills du startar motorn och påverkar den med en kraft. 50 När du kommer ut på vägen gasar du påverkar med en kraft och bilen ökar hastigheten accelererar - till 50 km/h och fortsätter sedan i samma hastighet 70 tills du kommer utanför samhället och hastigheten höjs till 70 km/h. Då gasar du på och bilen accelererar nu till 70 km/h. Fortsätter sedan i samma fart och har då en likformig rörelse Under turen har bilen tre olika rörelsemönster: 50 tills du kommer till ett nytt samhälle och hastigheten sänks till 50 km/h. Därför bromsar du och påverkar med en motverkande kraft så att bilen retarderar till ny hastighet. En rörelse som går fram i lika stora steg hela tiden kallas likformig rörelse. En rörelse som går fortare och fortare kallas accelererad rörelse.

2 Björne Torstenson KRAFTER sid 2 En rörelse som går långsammare och långsammare kallas retarderad rörelse. Märker du av den påverkande kraften? Flygplan som startar: Trycks mot stolen. Din kropp vill vara kvar i vila / likformig rörelse. Stolen ger kraft att följa med planets acceleration. Buss som bromsar: Du står upp i bussen som plötsligt bromsar snabbt. Du fortsätter framåt tills du hugger tag i hatthyllan och bromsar din rörelse. SID 89 KRAFTER PÅVERKAR MATERIA Tyngdkraft, lyftkraft, normalkraft Ett föremål släpps: Påverkas av en tyngdkraft neråt och får en fart neråt. Kraften kommer från jordens dragningskraft, dvs gravitationskraften mellan jorden och föremålet. Kraften kan mätas med en dynamometer och om massan är 1 kg är kraften 10 N (newton) Ett föremål lyfts. Påverkas av tyngdkraften neråt men också av en lyftkraft uppåt. Om krafterna är lika stora tar de ut varandra och föremålet kommer att vara i vila.

3 Björne Torstenson KRAFTER sid 3 Ett föremål som står på ett bord. Bordet påverkar med en normalkraft så att föremålet blir kvar på bordet och inte åker igenom. Normalkraften alltid vinkelrät mot underlaget. Krafter stöter vi på i många sammanhang: Krafter är något Som håller ihop materia Som kan ändra form på saker Som kan ändra fart på saker Som kan förändra rörelseriktning på saker Ge exempel på varje typ av kraft ovan. Newtons äpple Isac Newton ( ) fick ett äpple i huvudet när han satt under ett äppelträd. Detta ska sedan fått honom att förstå gravitationen principer. Mellan alla föremål finns en dragningskraft. Denna dragningskraft får äpplet att falla till marken och månen kommer att rotera kring jorden.

4 Björne Torstenson KRAFTER sid 4 Laboration Kraft - massa - acceleration materiel: vagn, snöre, tyngder, tidtagarur bok vagn dragvikt Knyt en ögla i vardera änden av en ca 1 m lång sytråd. Fäst vagnen i trådens ena ände. Gör en markering av vagnens startplats. Belasta snörets andra ände med vikter. Börja med en 15g - vikt. Häng på så många vikter att vagnen börjar röra sig långsamt fram över bordet. Mät tiden det tar för vagnen att flytta sig från startplatsen till boken och fyll i tabell 1. Öka sedan dragkraften genom att hänga på ytterligare vikter och mät på nytt tiden. Tabell 1 vagnens massa dragvikternas massa dragkraft tid Använd en lagom dragkraft och belasta sedan vagnen med olika vikter (last) och för in resultatet i tabell 2. Tabell 2: vagnens + viktens massa dragvikternas massa dragkraft tid Vilket samband är det mellan kraft, massa och acceleration? Studera dina mätresultat. Vilka slutsatser kan du dra av dina försök? Större kraft medför acceleration. Större massa för föremålet medför acceleration. Detta kan vi sammanfatta med formeln:

5 Björne Torstenson KRAFTER sid 5 Fritt fall Bestäm accelerationen vid fritt fall. Materiel: Tempograf, spänningskub, stativ, fallvikt, linjal, kudde Fäst tempografen i ett stativ på ett bord. Anslut till 6,3 V växelspänning, men vänta att slå till strömmen. Tag en 1,5 m lång pappersremsa genom tempografen och fäst den i vikten. Lägg en kudde på golvet. Dra upp pappersremsan så att fallvikten är intill tempografen. Starta tempografen. Släpp pappersremsan. Slå ifrån tempografen då fallvikten nått golvet På pappersremsan har tempografen gjort markeringar. Mellan varje markering är det 0,01s. Gör ett streck vid den första markeringen och sedan vid var femte markering så långt som går på pappersremsan tills markeringarna visar att fallvikten slagit i golvet. Klipp av remsan vid de markeringar du gjort och klistra upp dem som figuren visar: hastighet Staplarnas längd ger ett mått på hastigheten under de 0,05 sekunderna. Vad kan du säga om rörelsen? tid 0,05 0,10 Beräkna sedan tiden och sträckan mellan din första och sista markering: t =, s= Accelerationen beräknas sedan med formeln: 2 s a = = 2 / / 2 t = Ett bättre värde för tyngdaccelerationen är 9,82 m/s 2, men vi kommer att att avrunda det till 10 m/s 2. Detta innebär att hastigheten kommer att öka 10 m/s för varje sekund som går.

6 Björne Torstenson KRAFTER sid 6 Fyll i tabellen nedan vad detta innebär för hastigheten hos ett fritt fallande föremål. tid (s) hastighet (m/s) FRIKTION sid 90 En boll som skjuts iväg kommer att stanna. En bil där man släpper gasen kommer också att stanna. En puck som skjuts iväg kommer att stanna. Enligt tröghetslagen måste det finnas en kraft som motverkar rörelsen. Denna kraft kallas friktion. Laboration med friktion. Du ska släpa en låda fylld med grus över olika underlag. FRIKTION 1 Syfte: Hur inverkar underlaget på friktionen? Dra lådan på ett bord med hjälp av dynamometern (Använd dynamometer märkt 3 N). Mät den kraft som behövs när lådan rör sig. Friktionskraften på slätt underlag är Dra lådan sedan på ett sandpapper med hjälp av dynamometern. Mät den kraft som behövs när lådan rör sig. Friktionskraften på strävt underlag är

7 Björne Torstenson KRAFTER sid 7 FRIKTION 2 Syfte: Vilken skillnad är det på glidfriktion och rullfriktion? Dra lådan på ett bord med hjälp av dynamometern (Använd dynamometer märkt 1,2 N). Mät den kraft som behövs när lådan rör sig. Friktionskraften när lådan glider är Lägg sedan rullar under lådan. Rundstav eller stickor. Mät den kraft som behövs nu för att dra lådan. Friktionskraften vid rullfriktion är FRIKTION 3 Dra lådan på en bänk med hjälp av dynamometern. Mät den kraft som behövs när lådan rör sig. Friktionskraften på torrt underlag är Använd sedan brickan där ytan är täckt med olja. Dra på nytt lådan på brickan med hjälp av dynamometern. Mät den kraft som behövs när lådan rör sig. Friktionskraften på halt underlag är

8 HÄLLEBERGSSKOLAN Björne Torstenson TITANO FYSIK FÖR ÅR 8-9 KRAFTER sid 8 Sid 92 HÅLLA BALANSEN Tyngdpunkt Vill man balansera ett föremål håller man under tyngdpunkten. Det är den punkt där man kan tänka sig att hela massan är koncentrerad till. Stödyta Det är lättare att stå stadigt hålla balansen när stödytan är större. När välter något? När lodlinjen genom tyngdpunkten hamnar utanför stödytan välter stolen. Detta sker lättare om tyngdpunkten ligger högt än om den ligger lågt. Den blå lastbilen är lastad högre och har en högre tyngdpunkt. Välter därför tidigare än den gula lastbilen.

9 Björne Torstenson KRAFTER sid 9 ENKLA MASKINER s93 LUTANDE PLANET För att flytta ett föremål från marken till en viss höjd över marken är det lättare att använda ett lutande plan. Kraften som behövs blir mindre men vägen längre. Det går också att använda ett block. På samma sätt blir även här kraften som behövs mindre men vägen längre. Halva kraften behövs. Behöver dra dubbelt så långt. Samma princip används när man ska ta sig uppför ett berg med en bil. För att kraften som behövs ska bli mindre bygger man en serpentinväg.

10 Björne Torstenson KRAFTER sid 10 Även skruvar bygger på samma princip. Principen kallas: Mekanikens gyllene regel: Det man vinner i kraft förlorar man i väg. KRAFTER KAN RITAS sid Du spelar fotboll och sparkar en boll. Bilden visar krafter som verkar i de olika lägena. OBS! En kraft har angreppspunkt, storlek och riktning. Flera krafter kan ersättas med en resultant. Samtliga krafter: bollen träffas Resulterande krafter: bollen rullar bollen har stannat

11 Björne Torstenson KRAFTER sid 11 Sammansättning av krafter Rita med röd färg en resultant till krafterna nedan. Uppskatta också storleken på kraften. Låt en ruta motsvara 1 N. HÄVSTÅNG EN ENKEL MASKIN sid 97 Stenen väger 100 kg. Vilken kraft behövs om du ska lyfta den? Ett lättare sätt är att använda ett spett som i fysik är en hävstång. Hävstången har en vridpunkt. Den kraft som behövs är beroende av hävarmen som är avståndet mellan vridpunkten och kraftens angreppspunkt. Hävstångslagen: Vänster hävarm vänster kraft = höger hävarm höger kraft I figuren ovan är vänster hävarm 10 cm, vänster kraft är 1000 N och höger hävarm 100 cm. Kan du beräkna vilken kraft som behövs?

12 Björne Torstenson KRAFTER sid 12 LABORATION HÄVSTÅNG (50 g vikter)? När väger det jämnt? Du ska hänga vikter enligt tabellen nedan på de olika sidorna och se till att du balanserar hävstången. Tänk på att vikten 50 g = 0,5 N. Hävarm kallas avståndet från viktens upphängning till hävstångens balanspunkt. Första raden: VÄNSTER SIDA: 0,5 N och hävarm 10 cm innebär 50 g vikt 10 cm från balanspunkten. HÖGER SIDA: 1,0 N innebär att du ska ta 2 st 50 g vikter och se hur långt från balanspunkten du skall hänga dessa för att det skall väga jämnt. För sedan in dina resultat i tabellen och räkna ut vridmomenten för varje sida. kraft (N) VÄNSTER SIDA hävarm (cm) Vridmoment= kraft hävarm (Ncm) kraft (N) 0,5 10 1,0 1,0 1,5 6 1,5 3 0,5 2,0 2 0,5 HÖGER SIDA hävarm (cm) Vridmoment= kraft hävarm (Ncm) SLUTSATS:

13 Björne Torstenson KRAFTER sid 13 CENTRALRÖRELSE sid 99. Figuren visar hastighetens och kraftens riktning för gummiproppen. uppifrån Föremålet roterar med samma hastighet, MEN ändrar riktningen. För detta behövs en kraft riktad mot rörelsens centrum. Denna kraft kallas centripetalkraft. Om man ökar hastigheten för rotationen behöver man en större kraft. Om kraften upphör fortsätter föremålet Jämför slägga, diskus, kula. Karusellen är också ett exempel på centralrörelse. En leksaksbilbana har ofta en looping. Figuren visar vilka krafter som verkar på bilen när den är längst upp. Vad heter krafterna? Hur stor ska den resulterande kraften vara?

14 Björne Torstenson KRAFTER sid 14 Andra exempel på centralrörelser är planeternas rörelser runt solen och månens rörelse runt solen. Kraften som verkar mellan dessa föremål kallas gravitationskraft. En tvättmaskin består av en trumma (öppen cylinder) med många små hål i väggarna. Beskriv vad som händer när man centrifugerar tvätten. 1 2 tvingas av trumman att fortsätta rotera Vattendroppen vid 1: fortsätter sin rörelse rakt fram och lämnar trumman Vattendroppen vid 2: NÅGRA RÄKNEUPPGIFTER 1. En bil har massan 1400 kg. Hur stor kraft behövs för att bilen ska få accelerationen 3 m/s 2? Kraften = massan accelerationen { F = m a m = 1400 kg } F = = 4200 N a = 3 m/s 2 Svar: Kraften som behövs är 4200 N 2. En personbil väger 1 ton. Den ökar fart från 8 m/s till 14 m/s. Fartökningen tar 4 s. Hur stor kraft behövs för att man ska få denna acceleration? Kraften = massan accelerationen F = m a m = 1000 kg a = 14 8 = 6 { = 1,5 4 4 m/s2 } F = ,5 = 1500 N

15 Björne Torstenson KRAFTER sid Ett föremål får accelerationen 4 m/s 2 då dragkraften är 900 N. Hur stor massa har föremålet? Kraften = massan accelerationen 900 = m 4 F = m a 900 m 4 { } { = } F = 900 N 4 4 a = 4 m/s = m Svar: Massan är 225 kg. 4. Ett stillastående föremål, vars massa är 10 kg, påverkas av kraften 40 N. Hur lång tid dröjer det till dess att farten är 20 m/s? Kraften = massan accelerationen 40 = 10 a F = m a a { } { = } F = 40 N m = 10 kg 4 = a a = 4 m /s 2 och hastigheten är från början 0 m/s. Efter 1 sek är den 4 m/s, efter 2 sek är den 8 m/s, efter 5 sek är den 20 m/s. Svar: Efter 5 sekunder är hastigheten 20 m/s. 5. En lastbil med massan 25 ton accelererar 1, 5 m/s 2 från stillanstående. Hur stor kraft kräver det, och hur hög blir farten efter 8 sekunder? Kraften = massan accelerationen F = m a m = 25 ton = kg { a = 1,5 m/s 2 } F = ,5 = N a = 1,5 m/s2 gör att v blir efter 1 sek 1,5 m/s, efter 2 sek 3 m/s,., 8 sek 12 m/s Svar: Kraften som behövs är N och farten blir 12 m/s efter 8 sekunder.