MEKANIK LÄRARHANDLEDNING

Transkript

1 MEKANIK LÄRARHANDLEDNING Eftersom antalet sensorer är begränsat rekommenderas att fler laborationer görs parallellt enligt ett stationssystem. I laboration 1-4 och 9-10 används kraftsensorn och i 5-8 används rörelsesensorn. Kraftplattan, som lånas separat, förekommer i lab 1 men det går bra att utesluta den. Särskilda laborationer finns för den med de har inte tagits med i denna handledningen. Läroplanen Med den digitala mätutrustningen i mekanik kan flera av målen i Lgr11 uppnås. Det handlar om användandet av digital teknik och om att genomföra praktiska undersökningar i no-ämnena och i förlängningen om att utifrån undersökningarna analysera resultat, dra slutsatser och se samband. Utrustningen kan användas för att utveckla förmågor och för att nå kunskapsmål. Det centrala innehållet i främst fysik kan täckas men det gäller delvis även för biologi, teknik, matematik och idrott. Enligt Lgr11 ska eleverna ges förutsättningar att utveckla sin förmåga att: I fysik, biologi, teknik och matematik: - använda kunskaper i fysik och biologi för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö, samhälle och hälsa, - genomföra systematiska undersökningar i fysik och biologi, och - använda fysikens och biologins begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska och biologiska samband i människokroppen, naturen och samhället. - använda teknikområdets begrepp och uttrycksformer. - välja och använda lämpliga matematiska metoder för att göra beräkningar och lösa rutinuppgifter. Fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband.

2 Biologi - Kroppens celler, organ och organsystem och deras uppbyggnad, funktion och samverkan. Teknik Ur kunskapskraven i biologi för åk 7-9: - Eleven har E/C/A kunskaper om biologiska sammanhang och visar det genom att E/C/A med E/C/A användning av biologins begrepp, modeller och teorier. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang om hälsa, och visar då på E/C/A samband som rör människokroppens byggnad och funktion. Ur det centrala innehållet i teknik för åk Betydelsen av egenskaper, t ex drag- och tryckhållfasthet vid val av material i tekniska lösningar. - Ord och begrepp för att benämna och samtala om tekniska lösningar. Ur kunskapskraven i teknik för åk Eleven för E/C/A underbyggda resonemang om likheter och skillnader mellan några material och deras användning i tekniska lösningar. Idrott Ur det centrala innehållet i idrott - Styrketräning, konditionsträning, - Ord och begrepp för och samtal om upplevelser och effekter av olika fysiska aktiviteter och träningsformer. - Eleven kan utvärdera aktiviteterna genom att samtala om egna upplevelser och föra E/C/A underbyggda resonemang om hur aktiviteterna tillsammans med kost och andra faktorer kan påverka hälsan och den fysiska förmågan. Matematik Ur det centrala innehållet i matematik - Strategier för problemlösning i vardagliga situationer och inom olika ämnesområden samt värdering av valda strategier och metoder. Ur kunskapskraven i matematik för åk 7-9: - Eleven kan lösa olika problem i bekanta situationer på ett E/C/A fungerande sätt genom att välja och använda strategier och metoder med E/C/A anpassning till problemets karaktär samt E/C/A enkla matematiska modeller som kan tillämpas i sammanhanget. Eleven för E/C/A underbyggda resonemang om tillvägagångssätt och om resultatens rimlighet i förhållande till problemsituationen samt kan ge E/C/A på alternativa tillvägagångssätt. Eleven kan redogöra för och samtala om tillvägagångssätt på ett E/C/A sätt och använder då symboler, algebraiska uttryck, formler, grafer, funktioner och andra matematiska uttrycksformer med E/C/A anpassning till syfte och sammanhang.

3 1. FRÅN MASSA TILL TYNGD Inledning När vi till vardags pratar om vad något väger använder vi orden vikt och tyngd på likartat sätt. Tyngd associerar vi med tung och söker vi på ordet tyngd i en synonymordbok får vi ordet vikt som ett av förslagen. Så är det emellertid inte i fysiken. Utrustningen räcker till: 2 grupper om enbart kraftmätarna används i experimentet. 4 grupper om även kraftplattorna används. Läroplanen Fysik Ur det centrala innehållet i fysik för åk 7-9: - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Matematik Ur det centrala innehållet i matematik - Strategier för problemlösning i vardagliga situationer och inom olika ämnesområden samt värdering av valda strategier och metoder. Ur kunskapskraven i matematik för åk 7-9: - Eleven kan lösa olika problem i bekanta situationer på ett E/C/A fungerande sätt genom att välja och använda strategier och metoder med E/C/A anpassning till problemets karaktär samt E/C/A enkla matematiska modeller som kan tillämpas i sammanhanget. Eleven för E/C/A underbyggda resonemang om tillvägagångssätt och om resultatens rimlighet i förhållande till problemsituationen samt kan ge E/C/A på alternativa tillvägagångssätt. Bakgrund

4 I fysiken används inte vikt, som vi i regel använder till vardags, utan istället begreppet massa som anger vad något väger. Orsaken till att föremål har massa är att de består av materia i form av exempelvis atomer. Massa, som är en storhet, anges i kilogram. Begreppet tyngd används i fysiken och eftersom tyngd är en kraft anges den i enheten Newton som förkortas N. Tyngdkraft eller gravitation är den kraft som föremål, kroppar, påverkar andra föremål med. Jorden är en kropp som påverkar andra föremål genom sin tyngdkraft. Den är orsaken till att det vi tappar faller till marken och till att månen vandrar i en bana kring solen. Jordens dragningskraft är ungefär 10 N vilket är detsamma som tyngdkraften. När vi väger ett föremål får vi massan i kilogram. Genom att multiplicera massan med tyngdkraften får vi föremålets tyngd. 1 N = g-kraften 100 g Ex. 10 m/s 2 2 kg = 20 N Ett föremåls tyngd får man genom att mäta kraften som verkar på föremålet. Om det hänger fritt över jordytan verkar den kraft, tyngdkraften, som drar ner föremålet mot jorden. Om vi vet tyngden av ett föremål kan vi räkna ut dess massa genom att dividera tyngden med N = g-kraften 100 g Ex. 300 N / 10 m/s 2 = 30 kg Sensorn Med kraftsensorn mäts dragkraft och då behöver kroken vara monterad på ena sidan. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn i vertikalt läge med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Syftet med experimentet är att eleverna ska komma fram till sambandet mellan massa och tyngd och förstå att tyngdkraften på jorden är ca 9,81 m/s 2 (10 m/s 2 ). Begrepp att diskutera vikt, tyngd, massa, tyngdkraft, gravitation, dragningskraft, kropp. Experiment Eleverna ska väga föremålen för att få massan och hänga upp dem i kraftmätarens krok och avläsa kraften som behövs för att inte föremålet ska falla till marken. Den uppmätta kraften är alltså föremålets tyngd på jorden. Genom att både väga och mäta kraft på några föremål kan eleverna komma fram till sambandet mellan massa och tyngd.

5 Utrustning Kraftsensor, AirLink, ipad med Sparkvue HD, våg, några föremål som väger max 5 kg och som går att hänga på kraftsensorns krok. Utförande Väg varje föremål och skriv in dess massa i tabellen. Nollställ kraftsensorn i vertikalt läge. Mät föremålens tyngd genom att hänga dem på kraftsensorn. Anteckna tyngden i tabellen. FÖREMÅL MASSA (KG) TYNGD (N) Diskutera vilket sambandet mellan massa och tyngd är. Variation Det går lika bra att använda kraftplattan som kraftmätaren för att avläsa kraften. Låt några elever använda plattan istället så finns det utrustning som räcker till att fyra elevgrupper gör samma experiment samtidigt. Hur mycket väger? Om de har gjort experimentet med vågen och kraftsensorn kan de öva på omvandlingen mellan massa och tyngd genom att placera ett nytt föremål (eller sig själva) på plattan, läsa av kraften och därifrån komma fram till massan. Leka leken Hur tung är din? / Vilken är dess tyngd? Ett djurs vikt kan fungera som utgångspunkt. Först får varje elev välja ett djur och ta reda på vad det kan väga och därefter räkna ut djurets tyngd. Sedan får varje elev välja att antingen berätta djurets massa (vikt) eller dess tyngd samt vilket djur det är för klassen. Diskutera kring vad som är rimligast, om det är djurets vikt eller tyngd som eleven berättat.

6 Resultat från ett experiment Fyra föremål med olika massa. Lila kurva tyngden är 13,5 N vilket motsvarar 1, 35 kg om man använder g = 10 m/s 2. Grön kurva tyngden är 1,8 N vilket motsvarar 0,18 kg. Röd kurva tyngden är 0,9 N vilket motsvarar 0,09 kg = 9 hg. Blå kurva tyngden är 0,3 N vilket motsvarar 0,03 kg = 3 hg. Att fundera på: - Tänk om föremålen som användes i experimentet fanns på andra planeter i solsystemet, vad skulle de väga då? Du kom i experimentet på hur du gör om från massa till tyngd. Kan du tillämpa det sättet i den här övningen? Välj ut två andra himlakroppar än jorden och räkna ut förmålens tyngd där. - Vilken kraft krävs för att t ex den här bollen inte ska fall till golvet? - Diskutera orden tung och tyngd. - Varför faller saker på golvet eller marken när man tappar dem? - På skjutbanan: Påverkas kulan av tyngdkraften? Varför måste man ställa in siktet (skjuta in sig)? Film från AV-Media

7 - Gnomens guide till fysiken: Tyngdkraft Bra introduktion till tyngdkraft. Strömmande media. - Isaac Newton och gravitationen

8 2. ARBETE VAD ÄR DET? Inledning När vi till vardags pratar om arbete är det en helt annan sak än begreppet arbete i fysikens värld. Ett lönearbete är t ex att arbeta som vaktpost utanför Buckingham Palace. Om samma måttstock som i fysiken skulle gälla vore inte vaktpostens uppgifter något arbete, åtminstone inte när han står still. Så om en fysiker fick bestämma skulle vaktposten få arbeta utan lön. Utrustningen räcker till 2 grupper Läroplanen Fysik Ur det centrala innehållet i fysik för åk 7-9: - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Experimentet täcker det centrala innehållet som handlar om krafter och mätningar och mätinstrument. Begreppet arbete berörs och vad arbete innebär för en fysiker jämfört med hur vi använder det till vardags. Newtons arbete och lagar kan tas upp till diskussion och vad hans forskning har legat till grund för i samhället. Bakgrund För att skilja arbete i fysikens värld från det vi till vardags menar med arbete kallar vi det förstnämnda arbetet för mekaniskt arbete. Skillnaden mellan dessa båda är att mekaniskt arbete innebär att en kraft ska övervinnas för att det ska få kallas arbete. Till exempel är att lyfta en låda ett arbete eftersom en kraft, tyngdkraften, måste övervinnas för att jag ska

9 kunna lyfta upp den. Ett annat kriterium är att lådan ska förflyttas i motsatt riktning jämfört med tyngdkraften och det gör den när jag lyfter den. Mekaniskt arbete sker när en kraft övervinns och ett föremål förflyttas och föremålet ska dessutom förflyttas åt samma håll som kraften verkar. Det mekaniska arbetet går att räkna ut om kraften och sträckan är kända. Kraften är den som behövs för att förflytta föremålet och sträckan är det avstånd som föremålet förflyttas och genom att multiplicera dem får man arbetet. För att få rätt enhet på arbetet anges kraften i Newton och sträckan i meter. Enheten för arbete blir då Newtonmeter som förkortas Nm. En annan enhet för arbete är Joule (J) och 1 Nm = 1 J. Arbetet = Kraften Sträckan Ex. En hink med vatten väger 4 kg. a) Hinken hålls stilla i luften. Vilket arbete utför den som håller hinken? Arbetet = 4 N 0 m = 0 Nm. Inget arbete uträttas när hinken hålls still. b) Hinken står på golvet och lyfts 1 m upp i luften: Arbetet = 4 N 1 m = 4 Nm. Ett arbete på 4 Nm uträttas alltså när hinken lyfts upp. Det är alltså ett arbete att lyfta hinken uppåt 1 m men det är inget arbete att hålla den stilla 1 m upp i luften. Tänk dig att du lyfter upp lådan och då har du utfört ett arbete. Om du går iväg med lådan i famnen på samma höjd utför du inget arbete eftersom du inte övervinner någon kraft. Det har ingen betydelse hur långt du går. Men om du istället skulle släpa lådan på golvet istället för att bära den, skulle du då uträtta något arbete? Ja, det skulle du och anledningen är att underlaget skulle fungera som en motkraft mot dragkraften när du drar. Motkraften är en friktionskraft eftersom underlaget inte är jämnt kommer det att gripa tag i lådan och motverka den kraft du drar lådan med. Friktionskraften gör att du uträttar ett arbete när du drar lådan. Sensorn Med kraftsensorn mäts dragkraft och då behöver kroken vara monterad på ena sidan. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn i vertikalt läge med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Att förstå skillnaden mellan mekaniskt arbete och arbete i vardaglig betydelse. Att lära sig räkna ut det mekaniska arbetet från kraften och sträckan.

10 Begrepp att diskutera Arbete, Newtonmeter, Joule, kraft, sträcka Experiment Använd föremål som går att hänga på kraftmätaren. Lyft föremålen en bestämd sträcka rakt uppåt och jämför arbetet som krävs för att lyfta upp föremålen med att hålla dem stilla i luften. Utrustning Kraftsensor, AirLink, ipad med Sparkvue HD, diverse föremål som går att hänga på en krok och som väger max 5 kg, ev. våg. Utförande Häng ett föremål i taget på kraftsensorns krok, efter att ha vägt det innan, och läs av kraften. Lyft föremålet en bestämd sträcka uppåt och läs av kraften på nytt. Räkna ut arbetet för att lyfta det uppåt. MASSA (kg) FÖREMÅL KRAFT (N) STRÄCKA (m) I vila 0 Lyfta I vila Lyfta I vila Lyfta I vila Lyfta ARBETE (Nm) kraft sträcka Variation Skala upp experimentet och lyft en matkasse istället. Dock inte tyngre än 5 kg. Resultat Paketet med gem väger 68 g. Kraften för att lyfta det 0,1 m är ca 0,6 N. Arbetet = 0,6 N 0,1 m = 0,06 Nm. Muggen väger 236 g. Kraften för att lyfta det 0,1 m är ca 2,1 N. Arbetet = 2,1 N 0,1 m = 0,2 Nm.

11 Fundera på 1. Vilka yrken är arbeten enligt fysiken? 2. Finns det mer eller mindre arbetslöshet i fysikens värld än i vår verklighet?

12 3. FRIKTION Inledning Det finns två sporter som utnyttjar friktionskraften. Det är skridskoåkning, både långdistans och konståkning, och det är curling. I skridskoåkning utnyttjar man bristen på friktion och i curling är man beroende av att den finns och att styra över friktionen är en del av sporten. Utrustningen räcker till 2 grupper Läroplanen Fysik Ur det centrala innehållet i fysik för åk 7-9: - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Experimentet täcker det centrala innehållet som handlar om krafter och mätningar och mätinstrument. Begreppet friktion är centralt i idrotter som curling och skridsko men även i golf och andra bollsporter vilket gör det intressant ut fler aspekter än det rent vetenskapliga eftersom ungdomarna kommer i kontakt med detta under träning mm. Dessutom är friktionen av stor betydelse för trafiksäkerheten vintertid. Newtons arbete och lagar kan tas upp till diskussion och vad hans forskning har legat till grund för i samhället. Bakgrund De allra flesta material gör någon form av motstånd vid kontakt med ett annat material. Ett undantag är metall i kontakt med is som vid skridskoåkning. Is är ett material som gör mycket

13 lite motstånd mot andra material. Man säger därför att is har en låg friktion. Det går att bestämma friktionskraften om ett föremål förflyttas med konstant hastighet. Vid konstant hastighet är nämligen friktionskraften lika med dragkraften. Friktion är en kraft som fungerar som motkraft mot annan rörelse. När ett föremål dras eller släpas på ett underlag griper underlaget tag i föremålet och försvårar arbetet med att dra föremålet framåt. Friktionskraften verkar också när ett föremål skjuts eller rullas på ett underlag. dragkraft friktionskraft Att material som inte är släta griper tag i varandra är klart men även släta material bjuder motstånd mot kraften som försöker förflytta föremålet framåt. Is är ett slätt material med mycket låg friktion men ett med högre friktion är glas. Det är svårt att tro att glas har högre friktion än is men det har det alltså och det beror på attraktionskraften. Atomer består av positiva laddningar, protoner, och negativa laddningar, elektroner, och dessa dras till varandra. Det kallas för attraktionskraft och det är den som gör att glas har lite högre friktion trots att det är ett slätt material, elektronerna och protonerna i de bägge materialen attraheras av varandra och eftersom det finns många elektroner och protoner blir kraften tillräckligt stark. Sensorn Med kraftsensorn mäts drag- och tryckkraft och då behövs krok respektive stötfångare vara monterad på sensorns ena sidan. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn i vertikalt läge med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Syftet med experimentet är att studera hur friktionen påverkar kraften som behövs för att förflytta ett föremål. Begrepp att diskutera Friktion, friktionskraft, motkraft, dragkraft. Experiment Vi studerar förflyttningen av olika föremål på samma underlag och ett och samma föremål på olika underlag.

14 Utrustning Kraftsensor, krok, stötfångare, liten låda, några vikter eller andra föremål med känd massa, två olika underlag. Utförande Sensorn ska användas till att dra och skjuta på föremål och ska därför nollställas i horisontellt läge före start. Välj underlag och börja med att undersöka dragkraften. Väg lådan om du inte vet dess massa och haka fast den på kroken. 1. Dra lådan med jämn fart över underlaget. Gör en ny mätning för varje gång du lastar på ny massa så att du får lika många kurvor som föremål + den tomma lådan. 2. Upprepa experimentet fast då skjuter du på föremålen istället. 3. Använd samma föremål och dra på olika underlag. Kommentar Eventuellt behövs ett snöre mellan lådan och sensorns krok. Som underlag fungerar bordsyta, golv, tyg etc. Det finns fyra variationer på detta experiment under rubriken Variation. För jämförelsens skull görs mätningarna med föremålen som dras och skjuts på samma underlag, i samma diagram. Om du vill att alla kurvorna ska vara synliga samtidigt, bara fyra är synliga åt gången, delar du upp de två undersökningarna i två diagram. Den tredje undersökningen, där du drar ett föremål på två olika underlag, visar du i ett eget diagram. Variation 1. Jämför friktionen på en yta som är såpad jämfört med när den inte är det. I experimentet mäter du glidkraften. Låt föremålen rulla på runda pinnar så mäter du rullkraften. 2. Gör experimentet från Sumobrottaren utmanar friktionen. Lägg 24 papper omlott med ett gummiband tvärs över. Gör ett hål i buntens ena ände och fäst snöre o dyl. som tål att dras i.

15 3. Testa olika föremål och fyll i tabellen. FÖREMÅL MATERIAL YTA MASSA UNDER- LAG DRAG- KRAFT FRIKTIONS- KRAFT 4. Mät accelerationen med rörelsesensorn för att undersöka Newtons andra lag; F = m a. Lagen säger att ju större massan är desto mindre är accelerationen. Fundera på 1. Vilken friktion tror du är störst; glidkraften eller rullkraften. 2. Att diskutera: Vinterväglag och friktionens betydelse för sporten curling. Resultat Exempel på resultat från övning 1 under utförande ovan. Föremålet som består av en liten trälåda, med olika vikter, dras på samma underlag:

16 Blå kurva vagn som väger 60 g. Röd kurva vagn med 50 g vikt Lila kurva vagn med 150 g vikt Grön kurva vagn med 350 g vikt Ju större massa föremålet har desto större är tyngden och desto större kraft behövs för att förflytta det. Svårt att dra den tyngsta vagnen med jämn hastighet. Filmer från AV-Media Gigantiska experiment: Sumobrottaren utmanar friktionen (från 10 år) De pratar om att friktion är motstånd mot rörelse. Tiggy testar Prylracet (upp till 5 år men förklarar friktion bra) De pratar om vad friktion är och undersöker vilka material som glider lättast på en bräda av trä. Länkar Vattenväxt kan få fartyg att spara energi Split friction (delvis snöfri vägbana farligt vid kraftig inbromsning) Spelet Stoppsträckan:

17 4. MEKANIKENS GYLLENE REGEL Inledning Det finns olika sätt att förflytta föremål och om du ska flytta en låda försöker du säkert komma på det enklaste sättet, det som är minst jobbigt för dig. Newton funderade också i dessa banor och kom på en regel som handlar om vad som är minst jobbigt och det är den som det här experimentet handlar om. Utrustningen räcker till 2 grupper. Läroplanen Fysik Ur det centrala innehållet i fysik för åk 7-9: - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Teknik Ur det centrala innehållet i teknik för åk Ord och begrepp för att benämna och samtala om tekniska lösningar. Experimentet täcker det centrala innehållet som handlar om krafter och mätningar och mätinstrument. Det lutande planet använder vi i många vardagliga sammanhang utan att tänka på det; t ex trappor och ramper och det fungerar som underlag till diskussion om de enkla maskinernas betydelse i allmänhet i vårt samhälle. Här kommer det centrala innehållet i både teknik, i form av tekniska lösningar, och fysik in. Newtons arbete och lagar kan tas upp till diskussion och vad hans forskning har legat till grund för i samhället.

18 Bakgrund Det lutande planet är en av de enkla maskinerna. Andra enkla maskiner är skruven, hävstången, blocket, hjulet och axeln samt kilen. För att transportera något med hjälp av ett lutande plan krävs det bara en enda kraft och det är det som är gemensamt för de enkla maskinerna och anledningen till att de kallas enkla. En enkel maskin är ett verktyg som underlättar arbete. Den underlättar arbete genom att minska kraften som krävs för att utföra arbetet. De enkla maskinerna underlättar arbete genom att minska kraften som behövs för att utföra arbetet men på vilket sätt kan då kraften minskas? Tänk dig ett berg i Norge. Runt berget slingrar sig en smal väg och ska du förflytta dig upp till toppen kan du antingen klättra rakt upp från bergets fot eller så kan du ta vägen. Det enklaste är att följa vägen upp eftersom det krävs mindre kraft för det än för att klättra uppför berget. Dock får du gå en längre sträcka om du väljer vägen och eftersom både kraft och sträcka ingår i formeln för mekaniskt arbete blir arbetet detsamma vilket väg du än väljer; Det man vinner i kraft förlorar man i väg. Den regeln kallas för mekanikens gyllene regel. Sensorn Med kraftsensorn mäts dragkraft och då behöver kroken vara monterad på ena sidan. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn i vertikalt läge med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Att förstå att de enkla maskinerna ligger till grund för alla mer avancerade maskiner som konstruerats. Att förstå att Mekaniken gyllene regel innebär att arbetet är detsamma oavsett om man väljer den kortare jobbigare vägen eller den längre enklare vägen. Begrepp att diskutera Maskin, arbete, kraft, hävstången, skruven, blocket, lutande planet, hjulet. Experiment Utrustning Kraftsensor, AirLink, ipad med Sparkvue HD, föremål med känd massa, vagn på hjul, lutande plan. Så här gör du Placera förmålet på vagnen och bind fast det om det behövs eftersom vagn plus last ska kunna lyftas rakt upp och dras uppför det lutande planet. Mät det lutande planets längd och höjd. längd höjd äng d

19 1. Lyft vagn + last rakt upp. Håll kraftsensorn vertikalt och nollställ den. Fäst den vid vagnen och lyft lika högt som höjden av det lutande planet. Läs av kraften som behövdes för att lyfta lasten den aktuella sträckan. 2. Nu ska du dra vagnen uppför det lutande planet. Håll kraftsensorn horisontellt och nollställ den. Fäst den vid vagnen och placera den nedanför det lutande planet. Dra den uppför med jämn hastighet och läs av kraften. I det här fallet bortser vi från den motverkande friktionskraften. Föremål Lyft/dra Lutande planets Längd (m) Lutande planets Höjd (m) Kraft (N) Arbete (Nm) Efterbearbetning Nu ska du räkna ut arbetet som krävs för att lyfta vagnen rakt upp och arbetet för att dra vagnen uppför det lutande planet. Arbetet = Kraften Sträckan Resultat

20 Slutsats I experimentet med det lutande planet förflyttade vi ett föremål från en höjd till en annan men vi gjorde det på olika sätt. Det ena sättet var att helt enkelt lyfta upp det och det andra sättet var att dra det uppför ett lutande plan. I vilket av dessa två sätt behövs det mindre kraft att flytta föremålet? Det krävs mindre kraft att dra något uppför ett lutande plan än att lyfta det upp; 3,2 N mot 6,1 N att lyfta. Det totala arbetet blir dock detsamma eftersom sträckan tas med när man räknar ut arbetet. Kommentar Det blir bäst resultat om föremålet som används som last har lite högre massa, minst 500 g. När du lyfter behöver du inte tänka på att lyfta exakt 0,25 m, det viktigaste är att lyfta den uppåt med jämn hastighet. På samma sätt behöver vagnen inte dras längs hela det lutande planet utan det viktiga är att vagnen dras med jämn hastighet den sträcka där du mäter kraften. Skillnaden i resultatet kan bero på friktionskraften och på svårigheten att hålla konstant hastighet. Fundera på 1. Vilket av dessa två sätt att förflytta en låda på innebär mest arbete: Lyfta upp lådan och bära iväg den eller lyfta upp lådan, placera den på en vagn och rulla iväg den? 2. Vilket innebär mest arbete; att bära en tung låda uppför en trappa eller att ta hissen upp med lådan? 3. Vilket innebär minst arbete; att dra en resväska på hjul eller att bära den? (Ur väskans synvinkel) Film från AV-Media Enkla maskiner En film som tar upp de enkla maskinerna och hur vi använder dem till vardags utan att vi har en aning om det. I filmen tas följande begrepp upp: Hävstången, det lutande planet, skruven, hjulet och axeln, kilen, blocket, kraft, kraftförstärkning och arbete.

21 5. RÖR PÅ DIG Inledning När vi går, springer, cyklar etc. förflyttar vi oss en viss sträcka på en viss tid. Ibland, speciellt när vi har bråttom, tänker vi på hur fort det går. I det här experimentet undersöker vi hur fort vi går eller springer och jämför hastighet och medelhastighet. Vi funderar också på skillnaden mellan fart och hastighet. Utrustningen räcker till 2 personer Läroplanen FYSIK Ur det centrala innehållet i fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. MATEMATIK Ur det centrala innehållet i matematik - Strategier för problemlösning i vardagliga situationer och inom olika ämnesområden samt värdering av valda strategier och metoder. Ur kunskapskraven i matematik för åk 7-9: - Eleven kan lösa olika problem i bekanta situationer på ett E/C/A fungerande sätt genom att välja och använda strategier och metoder med E/C/A anpassning till problemets karaktär samt E/C/A enkla matematiska modeller som kan tillämpas i sammanhanget. Eleven för E/C/A underbyggda resonemang om tillvägagångssätt och om resultatens rimlighet i förhållande till problemsituationen samt kan ge E/C/A på alternativa tillvägagångssätt.

22 - Eleven kan redogöra för och samtala om tillvägagångssätt på ett E/C/A sätt och använder då symboler, algebraiska uttryck, formler, grafer, funktioner och andra matematiska uttrycksformer med E/C/A anpassning till syfte och sammanhang. Problemlösning i matematik är att räkna ut medelhastigheten när någon eller något rör sig. Hur gör eleven för att räkna ut medelhastigheten? Förstår eleven att enheten beskriver hur medelhastigheten beräknas? Kan eleven förklara hur hon eller han tänkte för att lösa problemet? Bakgrund När vi förflyttar oss, oavsett på vilket sätt, sker det med en bestämd fart. Till vardags använder vi begreppen fart och hastighet synonymt men i fysiken skiljer man på dem så att fart är hur fort något rör sig på en bestämd sträcka medan hastighet definieras som fart med en viss riktning. Hastighet och fart anges i enheten meter per sekund (m/s) eller kilometer per timme (km/h). Både hastighet och fart är storheter och en storhet är något som har både storlek och en enhet, t ex farten eller hastigheten 10 km/h. Om hastigheten är densamma hela tiden kallas rörelsen för likformig men när man promenerar t ex går det förmodligen inte precis lika fort hela tiden. Går det då inte att mäta med vilken hastighet man promenerar? En person som går en promenad varierar omedvetet sin hastighet men i varje litet ögonblick har förflyttningen en viss bestämd hastighet. Om den personen mätte hastigheten i varje ögonblick och efter promenaden skulle svara på frågan om vilken hastighet han eller hon gick med skulle det bli svårt att ge något entydigt svar. För att kunna svara på frågan behöver personen i så fall räkna ut medelvärdet av alla delhastigheterna och får då medelhastigheten. Ett annat sätt att få fram medelhastigheten är att räkna ut den. Genom att mäta sträckan och dividera med tiden det tog att gå promenaden får man fram medelhastigheten som är den hastighet man i genomsnitt hållit under promenaden och inte hastigheten i varje ögonblick eftersom man ibland gått snabbare och ibland långsammare. I t ex bilar brukar hastighetsmätaren vara indelad i km/h vilket är vanligt när det handlar om högre hastigheter. För att omvandla från m/s till km/h kan man tänka så här; Eftersom det går 1000 m på 1 km dividerar man hastigheten med 1000 och får hastigheten i km/s. På samma sätt går det 60 minuter på 1 timme och 60 sekunder på en minut. Därför multiplicerar man sedan hastigheten i km/s med Ex. Hastigheten 9 m/s / 1000 = 3,6 9 m/s 3,6 = 32,4 km/h En genväg är att multiplicera hastigheten i m/s med 3,6 för att få den i km/h som i exemplet ovan. Sensorn

23 På sensorn sitter en vridbar rund platta och det är den som registrerar rörelsen. Plattan ska vinklas så att den står vinkelrätt mot föremålet som rör sig. Inom 15 cm framför plattan registreras ingen rörelse och maximala avståndet för den är 8 m. Viktigt är att placera den i en sådan miljö att det finns gott om fri yta framför och på sidorna eftersom dessa annars stör mätningen så att inte maximalt avstånd kan utnyttjas. Beroende på vilket avståndsintervall sensorn ska mäta inom ställs switchen på ovansidan antingen på vagn (kort avstånd) eller streckgubbe (längre avstånd). Syfte med experimentet Att förstå skillnaden mellan hastighet och medelhastighet, hur man räknar ut medelhastigheten och omvandling mellan enheter. Begrepp att diskutera Hastighet, medelhastighet, fart, enhet, storhet Experiment Placera rörelsesensorn på exempelvis ett bord så att den är i midjehöjd på den som ska gå eller springa. Försökspersonen ställer sig med ryggen mot sensorn. Utrustning Pasco s AirLink, rörelsesensor, ipad med Sparkvue HD. Utförande Ställ in så att du mäter sträcka och hastighet på y-axeln och tid på x-axeln. Gör en förutsägelse av hur långt du hinner på t ex 4 sekunder. Använd förutsägelseverktyget och gör en kurva. Hur långt tror du att du hinner? Nu ska du försöka röra dig med samma hastighet som du förutsåg att du skulle göra. Placera rörelsesensorn på ett bord, 15 cm från kanten. Märk ut en rak linje från sensorn eller utnyttja t ex en skarv i golvet. Det är viktigt att du går alldeles rakt annars kommer sensorn att sluta registrera rörelsen. Ställ dig med ryggen mot bordet. Tryck på startikonen och vänta tills sensorn börjat registrera; när den tickar mäter den var på sträckan du befinner dig. Börja då förflytta dig rakt bort från sensorn. Upprepa experimentet två gånger till och välj den av kurvorna som ligger närmast den kurva du ritade innan du började. Den kurvan ska du använda för att räkna ut din hastighet med. 1. Börja med att ta reda på hur långt du hann i varje sekund. Sträckan läser du av på y-axeln och tiden på x-axeln och för att kunna läsa av drar du ut skalan på axlarna. Hur långt hann du och hur snabbt gick det? Läs av i diagrammet och fyll i tid och sträcka i tabellen här nedanför.

24 2. Nu vet du hur långt du gick eller sprang efter varje sekund men vilken hastighet höll du? Läs av hastigheten i diagrammet och fyll i värdena i tabellen. 3. Du vill säkert veta vilken genomsnittlig hastighet du höll. Den hastigheten kallas för medelhastighet. Hur räknar du ut medelhastigheten? Räkna ut medelhastigheten och fyll i den sista kolumnen i tabellen. Vilken var din medelhastighet för hela sträckan? Namn Tid (s) Sträcka (m) Hastighet (m/s) Medelhastighet (m/s) 1 2 Mer att göra Räkna ut medelhastigheten i km/h. Länkar Under hastighet på Wikipedia finns en sammanställning över olika hastigheter, t ex för hårtillväxt ( m/s) och människans fartrekord: Apollo 10 ( m/s). Kommentar Kan göras både ute och inne bara det finns något på lämplig höjd att ställa rörelsesensorn på. Inomhus passar det bäst att gå om det inte är en idrottshall eller något liknande med mycket plats. En annan variant är att försöka gå eller springa med konstant hastighet.

25 Fundera på Jämför hur det är att gå eller springa på månen jämfört med på jorden. Är det någon skillnad? Motivera! (Se länkar ovan (Doktor NO: Resa i rymden).) RESULTAT Den orangea kurvan är en hypotes skapad med ritverktyget. Den blå kurvan är den verkliga sträcka försökspersonen hann. Efter 4 sekunder planade kurvan ut eftersom jag gått hela sträckan och står still.

26 6. ACCELERERA MERA Inledning Acceleration handlar inte bara om snabba bilar utan om allt som ökar farten. Utrustningen räcker till 2 personer eller grupper Läroplanen FYSIK Ur det centrala innehållet i fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Sensorn På sensorn sitter en vridbar rund platta och det är den som registrerar rörelsen. Plattan ska vinklas så att den står vinkelrätt mot föremålet som rör sig. Inom 15 cm framför plattan registreras ingen rörelse och maximala avståndet för den är 8 m. Viktigt är att placera den i en sådan miljö att det finns gott om fri yta framför och på sidorna eftersom dessa annars stör mätningen så att inte maximalt avstånd kan utnyttjas. Beroende på vilket avståndsintervall sensorn ska mäta inom ställs switchen på ovansidan antingen på vagn (kort avstånd) eller streckgubbe (längre avstånd). Syfte med experimentet Syftet med experimentet är att förstå sambandet mellan hastighet och acceleration. Begrepp att diskutera Acceleration, hastighet Experiment

27 Nu gäller det att accelerera så snabbt det går. Använd startblock för maximal acceleration. Utrustning Pasco s AirLink, rörelsesensor, ipad med Sparkvue HD, ev. startblock. Utförande Stå minst 15 cm framför rörelsesensorn. Starta mätningen och vänta tills den börjat registrera. Accelerera så snabbt som möjligt och spring 8 m som är sensorns maximala räckvidd. Kan du springa så att accelerationen ökar hela sträckan? Kan du springa så att accelerationen hålls konstant efter 1 s? Variation Kan du springa så att accelerationen ökar hela sträckan? Kan du springa så att accelerationen hålls konstant efter 1 s? Resultat Så här kan det se ut när en person accelererar och springer bort från rörelsesensorn. I det ena diagrammet åskådliggörs sträckan och accelerationen och i det andra sträckan och hastigheten. Båda diagrammen skildrar samma förlopp och är från samma tillfälle.

28 De blå kurvorna representerar sträckan och att de ser olika ut beror på att skalorna inte är identiska. En fördel med att registrera sträckan i båda fallen är för att vad som händer med hastigheten och accelerationen blir extra tydlig när man kan se start- och slutpunkt. Kurvan för hastigheten är brantast precis i början vilket innebär att accelerationen där är kraftigast och det syns också på kurvan för acceleration som når sitt högsta värde just mellan 2,5 3 m. På flera ställen blir accelerationen negativ vilket motsvarar en minskaning av hastigheten istället för en ökning, en inbromsning. Frågeställning Hur kan accelerationen vara noll? Visa med ett experiment! Fundera på 1. Hur ser kurvan ut om du springer med konstant hastighet? 2. Hur ser kurvan ut om du accelererar och därefter springer med konstant hastighet? 3. Kan accelerationen vara negativ? Motivera! Länkar Doktor NO: Resa i rymden. Tar upp tyngdacceleration. I en centrifug utsätts han för tre ggr tyngdacc. Lika mycket som i en rymdraket. Samma fenomen (resa i rymdraket) som vid Uppskjutet på nöjesfältet. Trafikverket om hastighet på vägen: Effekter av EcoDriving på avgasutsläpp och bränsleförbrukning (Vägverket publikation 1999:165): sutslapp_och_brnasleforbrukning_en_forstudie.pdf

29 7. Hastighet och acceleration Inledning Hastighet och acceleration hänger ihop. När du sätter dig i bilen och kör iväg gasar du för att få upp hastigheten, du accelererar. På samma sätt accelererar du när du börjar gå, springa eller cykla. Det handlar helt enkelt om att få upp farten i olika sammanhang. Utrustningen räcker till 2 personer eller grupper Läroplanen FYSIK Ur det centrala innehållet i fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Bakgrund När man kör bil är bromssträckan beroende av hastigheten och underlaget. Beroende på underlaget varierar friktionskraften för att vara betydligt lägre på en asfalterad vinterväg än på en grusväg sommartid. Det finns ett samband mellan sträcka, hastighet och acceleration hos ett föremål med periodisk rörelse. Rörelsesensorn visar sträcka, hastighet och acceleration som positiva värden när de rör sig bort ifrån den och negativa värden när föremålet rör sig mot den. Det innebär att när vikten är i sitt översta läge har kurvan sitt maximum och sitt minimum när den är längst ner, närmast sensorn. I viktens översta respektive nedersta läge, i vändläget, är hastigheten som lägst (noll) och där har sträckan nått sitt maximum eller minimum. Hastigheten når sitt maximum kort innan det övre vändläget och minimum strax innan det nedre vändläget. Accelerationen är som lägst respektive högst i vändlägena.

30 Sensor På sensorn sitter en vridbar rund platta och det är den som registrerar rörelsen. Plattan ska vinklas så att den står vinkelrätt mot föremålet som rör sig. Inom 15 cm från plattan registreras ingen rörelse så när vikten är maximalt utdragen ska den inte befinna sig innanför den gränsen. Switchen på ovansidan ställs på vagn (kort avstånd) och sensorplattan vinklas så att den kommer i horisontellt läge, 180. Syfte med experimentet Syftet med experimentet är att undersöka sambandet mellan sträcka, hastighet och acceleration vid pendelrörelse. Begrepp att diskutera Hastighet, acceleration, bromssträcka, friktion Experiment I experimentet studeras sambandet mellan sträcka, hastighet och acceleration när en fjäder med hängande vikt pendlar upp och ner. Utrustning Pasco AirLink, rörelsesensor, ipad med Sparkvue HD, fjäder, vikt Utförande Fäst en fjäder med krok i en hållare i ett stativ eller håll fjädern i handen. Häng en vikt på kroken. Lämplig vikt är 200 g. Placera den så att vikten inte kommer närmare sensorn än 15 cm när den är maximalt utdragen. Åskådliggör data i två diagram. Diagram 1) sträcka + hastighet på y-axeln och tid på x-axeln. Diagram 2) sträcka + acceleration på y-axeln och tid på x-axeln. Resultat Förslag på hur resultatet kan se ut. I vänster diagram åskådliggörs sträcka (blå kurva) och hastighet (röd kurva) och i det högra diagrammet sträcka (blå kurva) och acceleration (röd kurva).

31 En orange linje finns inritad vid 6 s i båda diagrammen. Blå linje visar maximalt avstånd. Röd linje i vänster diagram visar maximal hastighet. Då har vikten nått halva sträckan. Röd linje i höger diagram visar maximal acceleration. Då har vikten just passerat vändläge och är på väg upp eller ner. Vid 6 sekunder: Vänstra diagrammet: Vikten har nästan nått sitt maxläge. Då har hastigheten börjat minska och accelerationen är också på väg ner. Vad händer efter 6 s? Vikten når sitt övre maximum och där är hastigheten och accelerationen noll. När vikten vänder ner ökar hastigheten och därför är accelerationen som störst precis efter vändning. Fundera på Finns det någon friktion i det här experimentet?

32 Inledning 8. Acceleration och retardation När en bil accelererar ökar den sin fart men acceleration gäller inte bara bilar utan allt som ökar farten accelererar. På samma sätt retaderar det som minskar sin fart. Utrustningen räcker till 2 grupper Läroplanen FYSIK Ur det centrala innehållet i fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Bakgrund Sensorn På sensorn sitter en vridbar rund platta och det är den som registrerar rörelsen. Plattan ska vinklas så att den står vinkelrätt mot föremålet som rör sig. Inom 15 cm framför plattan registreras ingen rörelse och maximala avståndet för den är 8 m. Viktigt är att placera den i en sådan miljö att det finns gott om fri yta framför och på sidorna eftersom dessa annars stör mätningen så att inte maximalt avstånd kan utnyttjas. Beroende på vilket avståndsintervall sensorn ska mäta inom ställs switchen på ovansidan antingen på vagn (kort avstånd) eller streckgubbe (längre avstånd). Syfte med experimentet Att förstå att acceleration är all ökning av fart och retardation är negativ acceleration eller minskaning av fart.

33 Begrepp att diskutera Acceleration, retardation, positiv acceleration, negativ acceleration. Experiment Att ge fart åt ett föremål och mäta accelerationen och retardationen. Utrustning Rörelsesensor, AirLink, ipad med Sparkvue HD, föremål att putta iväg t ex en tom papperskorg. Utförande Ställ rörelsesensorn på golvet med föremålet minst 15 cm framför. Ställ in mätfrekvensen på 5 eller 10 Hz. Starta mätningen. Ge föremålet en lagom skjuts framåt med handen. Resultat Papperskorgen accelererar (positiv acceleration) fram till knappt halva sträckan. Därefter börjar den förlora i hastighet (retardera, negativ acceleration). Eftersom papperskorgen knuffades iväg blev accelerationen kraftig. Retardationen pågår under längre tid än accelerationen eftersom papperskorgen inte aktivt stoppas upp utan får stanna av sig själv. Kommentar Använd ett föremål som är tillräckligt stort för att rörelsesensorn ska registrera det även om det inte

34 rör sig precis rakt fram. Ge inte föremålet en alltför kraftigt knuff från början eftersom den kommer att börja snurra och vibrera vilket ger ett otydligt resultat. Länkar Effekter av EcoDriving på avgasutsläpp och bränsleförbrukning (Vägverket publikation 1999:165): _och_brnasleforbrukning_en_forstudie.pdf

35 Inledning 9. Är du stark i nyporna? Är du lika stark i båda armarna? Det är lätt att ta reda på genom att bryta arm med en arm i taget. Den som är högerhänt brukar vara starkast i höger hand men det omvända gäller för vänsterhänta personer. Utrustningen räcker till 2 grupper. Läroplanen FYSIK Ur det centrala innehållet i fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. BIOLOGI Ur det centrala innehållet i biologi för åk 7-9: Kroppens celler, organ och organsystem och deras uppbyggnad, funktion och samverkan. Ur kunskapskraven i biologi för åk 7-9: - Eleven har E/C/A kunskaper om biologiska sammanhang och visar det genom att E/C/A med E/C/A användning av biologins begrepp, modeller och teorier. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang om hälsa, och visar då på E/C/A samband som rör människokroppens byggnad och funktion. IDROTT - Ur det centrala innehållet i idrott - Styrketräning, konditionsträning,

36 - Ord och begrepp för och samtal om upplevelser och effekter av olika fysiska aktiviteter och träningsformer. - Eleven kan utvärdera aktiviteterna genom att samtala om egna upplevelser och föra E/C/A underbyggda resonemang om hur aktiviteterna tillsammans med kost och andra faktorer kan påverka hälsan och den fysiska förmågan. Experimentet täcker det centrala innehållet som handlar om krafter och mätningar och mätinstrument. Lämpligt här kan vara att diskutera musklernas byggnad och därmed väva in det centrala innehållet och kunskapskraven i biologi enligt ovan. Eventuellt kan man också diskutera effekterna av träning och betydelse för hälsan och därmed arbeta med ovanstående innehåll i ämnet idrott. Bakgrund I kroppen finns olika typer av muskulatur; glatt muskulatur och tvärstrimmig muskulatur. Den glatta muskulaturen består av muskler som vi inte kan styra med viljan som andningen och hjärtmuskelns arbete. Den tvärstrimmiga muskulaturen består av muskler som sitter fästade vid skelettet, de kallas även för skelettmuskler. Dessa muskler, t ex biceps och triceps kan vi påverka viljemässigt och dessa muskler sitter fästade vid skelettet med senor. En muskel är uppbyggd av långa muskelfibrer där varje fiber är en muskel, och i en avslappnad muskel är fibrerna helt utdragna och när den spänns, antingen viljemässigt eller för att rörelsen kräver det, dras den ihop och då skjuts fibrerna omlott in i varandra så att muskeln blir kort och tjock. Muskler är färskvara och det innebär att de behöver användas för att fungera optimalt. En muskel som inte används kommer att förlora sin förmåga att dra ihop sig och därmed kraft. Experimentet illustrerar en isometrisk sammandragning av musklerna. Isometrisk sammandragning innebär att muskeln inte får möjlighet att dras ihop helt utan hålls statiskt i en viss längd. Sensorn Med kraftsensorn mäts drag- och tryckkraft. I det här experimentet ska tryckkraften och mätas och därför används stötfångaren istället för kroken på sensorn. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Att undersöka om styrkan är lika stor i höger och vänster arm och det undersöks efter det att musklerna tröttats ut. Begrepp att diskutera Kraft, muskulatur, muskel, sena, skelettmuskel, tvärstrimmig muskel, biceps, triceps. Experiment Experimentet går ut på att mäta uthålligheten i muskulaturen från respektive hand genom att trycka på en boll och därefter på kraftmätaren.

37 Utrustning Kraftsensorn, AirLink, ipad med Sparkvue HD, tennisboll eller annan boll av liknande storlek. Utförande Krama en boll i ena handen så hårt du kan i minst 1,5 min. Starta mätning av tryckkraft och håll så hårt du kan om kraftsensorn med handen så att du trycker mot stötfångaren. Gör om samma sak i andra handen och krama bollen under lika lång tid. Mät tryckkraften. Variation 1. Undersök hur länge du orkar krama ditt hårdaste med handen runt kraftsensorn utan att kraften minskar det allra minsta. Tävla mot en kompis. 2.Håll längre än 1,5 s runt bollen och se hur det påverkar hur länge du orkar hålla runt kraftsensorn. Resultat Höger hand Vänster hand Personen i experimentet klarar att hålla längre och hårdare runt kraftsensorn med höger än med vänster hand. Den personen är högerhänt och resultatet stärker teorin att muskler som används mycket blir starkare och uthålligare än muskler som används mer sällan.

38 Filmer från AV-Media Doktor NO: Uppdrag muskler

39 Inledning 10. Hållfasthet Hus, bilar, båtar måste vara byggda för att hålla för det som de är till för. Ett hus där taket rasar in när snön lägger sig på eller en båt som läcker vatten vill ingen ha. Hållfasthet handlar om material egenskaper och beständighet i olika sammanhang. Utrustningen räcker till Två grupper. Läroplanen Fysik - Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet. - Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt. Ur kunskapskraven i fysik för åk 7-9: - Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar och även formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. - Eleven kan föra E/C/A underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med krafter, rörelser, hävarmar, ljus, ljud och elektricitet och visar då på E/C/A samband. Teknik Ur det centrala innehållet i teknik för åk Betydelsen av egenskaper, t ex drag- och tryckhållfasthet vid val av material i tekniska lösningar. - Ord och begrepp för att benämna och samtala om tekniska lösningar. Sensorn Med kraftsensorn mäts dragkraft och då behöver kroken vara monterad på ena sidan. Kraftmätaren klarar den maximala tyngden 50 N vilket motsvarar massan 5 kg. Innan användning nollställs sensorn i vertikalt läge med knappen Zero på framsidan. Syfte med experimentet Att undersöka materials draghållfasthet. Begrepp att diskutera Hållfasthet, draghållfasthet, material

40 Experiment I experimentet testas draghållfastheten hos plast och papper i olika former men andra material går självklart också att testa. Utrustning Kraftsensor, AirLink, ipad med Sparkvue HD, packtejp, liten bit toalettpapper, 25 ark skrivpapper, en liten fryspåse, 1 gummisnodd. Utförande Använd Sätt en bit packtejp i tre lager över mitten av kortändorna på toalettpappret, ett ark skrivpapper och på fryspåsen. Ta de andra 24 arken skrivpapper och lägg dem omlott så att ¼ - 1/3 av arken överlappar varandra. Trä gummisnodden över den del av bunten där arken överlappar varandra. Sätt packtejp på mitten av kortsidorna på samma sätt. Gör hål med t ex hålslagare på packtejpen, där ska fästas ett snöre. Dags för mätning av draghållfastheten; trä in ett snöre i hålet på ena sidan och kroka fast kraftsensorn i snöret. En person håller i sensorn och en annan i andra änden av materialet. Starta mätningen och dra. Håller det eller går det sönder. Notera hur det går sönder. Upprepa för samtliga material. Resultat Exempel från ett resultat. Toalettpapperet gick sönder så gott som direkt, därefter fryspåsen som drogs ut, papperet och till sist pappersbunten.