RÖRELSE. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt.

Transkript

1 RÖRELSE 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. 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

2 - 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. 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

3 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 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 Experimentet går ut på att mäta sträckan som en försöksperson föflyttar sig på en viss tid och på att räkna ut medelhastigheten. 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 lika lång sträcka som du förutsåg att du skulle göra. Försök röra dig med konstant, det vill säga samma, hastighet hela tiden. Placera rörelsesensorn i midjehöjd 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.

4 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. Använd den del av kurvan som är rak. 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. 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? Varför skulle du försöka gå med konstant hastighet? 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).

5 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. 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 av ett exempel 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.