Tekniken i skolan DET HANDLAR OM LUFT OCH HUR MÄNNISKAN ANVÄNDER DEN Institutionen för lärarutbildning, Uppsala Universitet
Inledning Vi människor befinner oss i ett lufthav och precis som fiskar rör sig i mediet vatten så rör vi oss och lever i mediet luft. Luften är vi beroende av för att överleva (syret) men också för att bl.a. höra ljud. Luften är en transportör av ljudvågor, värme samt även partiklar. Den naturvetenskapliga sidan av luft kan mycket förenklat anses vara luftens sammansättning (kemi) och hur luft beter sig (fysik). Luft förflyttas naturligt när olika områden har olika temperatur. Där exempelvis marken eller vatten har värmts upp av solen så stiger varm luft uppåt. Det skapar ett undertryck vilket får kallare luft att röra sig mot den uppvärmda platsen. Det resulterar i det vi kallar vind, det blåser. Motorn till all naturlig luftförflyttning är solen och de värmeskillnader som skapas av den. Historia Luft som rör sig innehåller rörelseenergi och den energin insåg människan så småningom att det gick att utnyttja. Verkningarna av naturligt förflyttad luft var och är uppenbara. Träd böjer sig, håret fladdrar och sättes något lagom stort upp som fångar vinden så är och var det tydligt att denna energi kundes fås att uträtta arbete. Att utnyttja den naturlig förflyttade luften till annat än segelbåtar är säkerligen en mycket äldre kunskap än vad vi via historiska och arkeologiska källor kan fastslå. Dock vet man att vindkraftverk och väderkvarnar, som utnyttjar luftens rörelseenergi, har ställts till människans förfogande för att uträtta arbete, exempelvis till att driva kvarnstenar, pumpar, skiktmaskiner eller i modern tid en generator, för snart 1000 år sedan.. Det finns källor som säger att väderkvarnar var i bruk på 1100 talet i Europa och att ursprungslandet var Tyskland. Nutida forskning pekar mera åt att väderkvarnarnas födelseland är länderna runt Iran 1 och Afghanistan 2 runt 800 ekr.. Självklart har luft som så mycket annat varit föremål för granskning för att om möjligt utröna vad den innehåller, varför den rör på sig ibland och varför fåglar kan flyga i detta tunna medium. Naturvetenskapen, vetskapen om naturen, har till uppgift att ta reda på svaret på just sådana frågor, inte sällan i uppgift att ge oss kunskaper så att vi förmår utnyttja det som undersöks till vår fördel. När vi vet hur det förhåller sig, exempelvis med fåglars förmåga att flyga och glida, så kan vi ta den kunskapen och omsätta den i praktisk handling, i vissa fall genom att tillverka något som kopierar naturen. På detta sätt hoppas vi kunna göra det som fåglar i detta exempel kan, nämligen flyga. Då, har det blivit teknik av den kunskap man lockat av naturen. I Uppfinningarnas bok, band II i 1901 år upplaga står följande att läsa om naturvetenskapens uppgift: Iakttagandet af naturen och de företeelser, som i den samma visa sig, kan väl leda sitt ursprung lika långt tillbaka som människosläktet. Och det synes vara människan medfödt att icke blott iakttaga utan äfven att fråga: hvarför?. Redan det lilla barnet, som ännu blott med möda kan göra sig förstådt, är färdigt med att fråga varför? och sätter, som bekant, just därmed sin omgifning på hårda prof, ja, så hårda, att man till slut står alldeles svarslös och måste söka sin undflykt genom ett svar, med hvilken möjligen den lille envise frågaren kan vara nöjd för tillfället men hvarmed den svarande ofta icke själf är nöjd. Att utnyttja luften Vi utnyttjar luften för att transportera oss själva eller annat gods samt för att få vissa arbeten utförda. När det gäller transporter så handlar det om farkoster som segelbåtar, luftballonger, fallskärmar och flygplan av olika sorter samt raketer. När det gäller att få ett arbete utfört så handlar det mestadels om väderkvarnar och vindkraftverk. Föremål som vi använder i ett speciellt syfte, dt vill säga teknik. 1 Den skapande människan, Staffan Hansson 2002 2 Uppfinningar, James & Thorpe 1996 PHMbJ Prod
Luftballonger Något av det första som flög i egentlig mening var ballonger, varmluftsballonger (kallas Montgolfièrer efter deras upphovsmakare bröderna Josef och Etienne Montgolfier) eller ballonger med vätgas (kallades Charlièrer efter en berömd fransk fysiker, Jacques Charles, som var först med denna typ av ballong). Den 4 juni 1783 steg Montgolfiers ballong för första gången offentligt till väders till ca. 600 meters höjd och höll sig uppe i en halvtimme. 28 augusti steg Jacques Charles vätgasfyllda ballong upp till en höjd av över 1000 meter. Den föll ner efter ca. en timme senare 24 km bort från Paris och hackades till småbitar av uppskrämda bönder. 19 september steg så åter en av Montgolfiers ballonger upp, denna gång med ett får, en tupp och en anka. 21 november så var det så dags för den första människan (apotekaren Pilâtre de Rozier samt markis d Arlande) att stiga uppåt och nå höjder ingen annan varit på i den fria luften. Flygplan Under fler århundraden sökte människan att finna ut hur man skulle kunna komma upp i luften och göra som fåglarna. Leonardo da Vinci funderade och målade under slutet av 1400 talet men kom aldrig upp i luften. Fåglarna studerades noga men under denna tid var man på sätt och vis inställd på att människan skulle vara motorn som på något sätt drev planet. Den idén övergavs dock och istället blev fåglarnas glidflykt det som studerades. Under 1890-talet var det tysken Otto Lilienthal som var mest framstående och gjorde flera flygningar med glidflygplan där den bärande idén var att vingarna skulle vara stilla och att det gällde att hitta en jämvikt där planet gled på luften. Lilienthal gjorde många lyckade försök men förolyckades den 10 augusti 1896. Den första helt kontrollerade flygningen genomfördes 17 dec. 1903 av amerikanen Orville Wright utanför Kitty Hawk i North Carolina. Med ett flygplan som drevs av en kolvmotor med propeller, konstruerat och byggt av honom själv och brodern Wilbur, flög han under 12 sekunder hela 37 meter. Samma dag flög brodern i en tredje flygning 259 meter på 59 sekunder. De kunde manövrera sitt plan och nu hade då människan nått målet, att flyga som fåglarna. Propeller En propeller har till uppgift att driva planet (eller båten) framåt och fungerar så att den accelererar luften bakåt. Propellerns linje genom lufthavet kan liknas vid skruvens gängor och det ligger nära till hands att tänka sig att propellern skär igenom luften och då äter sig framåt. Fallskärmar Idag är det svårt att tänka sig att man ger sig ut i en flygfarkost utan att tänka på vad som kan inträffa om det blir något fel. Vi är vana att tänka ett steg längre även om en del människor gillar att leva på gränserna. Fallskärmen har räddat många liv och beskrevs även den av Leonardo da Vinci. Gissningsvis är idén att segla eller dala ner äldre än da Vinci men inget finns beskrivet om dem före honom. Dock vet man att under ballongernas era så skapades och utprovades fallskärmar och enligt Nationalencyklopedin användes fallskärmen som "luftens livboj" 1785 i Gent när fransmannen Jean-Pierre Blanchard räddade både sig själv och sin hund genom att hoppa från en havererad ballong. Vindsnurror och väderkvarnar Eftersom trä inte är något beständigt material så är det inte helt lätt att fastställa när väderkvarnar började användas. Ett av de första skriftliga bevisen på att väderkvarnar användes är från ett franskt kloster som år 1105 anhåller om att få driva en anläggning med väderkvarn. Troligtvis kom dock väderkvarnarna som tidigare angetts från Iran alt. Afghanistan. Betydelsen av väderkvarnar kan knappast underskattas då de tillsammans med vattenhjulen kom att betyda oerhörda kraftvinster och bättre produktionsförhållanden. PHMbJ Prod
Idag är det inte väderkvarnar som snurrar utan vindkraftverk som inte driver kvarnar utan generatorer. Väderkvarnarnas utnyttjande av den naturligt förflyttade luftens rörelseenergi var tvungen att ske på den plats där kvarnen stod. Paradigmskiftet som kom med elektriciteten betyder att den energi som vindsnurran fångar kan skickas vart som helst. Trots att det alltså är över tusen år sedan människan lyckades med att fånga vinden till arbete åt sig, så är tanken och tekniken inte förlegad idag, snarare tvärtom. Att omsätta detta i praktisk verksamhet Att studera luft samt hur vi utnyttjar luft är ett bra tema och uppslag saknas i inte. Flera experimentböcker tillhandahåller många och bra övningar att göra med barn/elever. De saker som presenteras här tillhör den praktiska teknikundervisningen och skall ses som goda idéer till saker att göra med barn. Naturligtvis skall inte saker tillverkas bara för att göra dem, historisk teknik och nutida måste exemplifieras och visualiseras samtidigt. De ledord som jag anser är att ta hänsyn till är tillgänglighet, kostnad samt enkelhet. Materialet som skall användas skall vara lätt att få tag på, det skall inte kosta stora summor och det som skall färdigställas bör inte vara svårt att göra. Detta tjänar två syften, för det första att det inte blir för krångligt för läraren eller för kostsamt för skolan. För det andra att barnen är förtrogna med de material och saker som används. Man kan ha åsikter i att tillverka saker i papper och papp, men det är lättillgängligt, billigt och enkelt. Dessutom kan barnen göra om samma sak hemma eftersom sakerna inte är så skolanpassade så att de är svåra att få tag på. Ur strävansmålen i kursplanen i teknik kan följande hämtas: Skolan skall i sin undervisning i teknik sträva efter att eleven utvecklar sina insikter i den tekniska kulturens kunskapstraditioner och utveckling och om hur tekniken påverkat och påverkar människan, samhället och naturen, utvecklar förmågan att reflektera över, bedöma och värdera konsekvenserna av olika teknikval, utvecklar förmågan att omsätta sin tekniska kunskap i egna ställningstaganden och praktisk handling, Vidare kopplar kursplanen ihop historia med det nutida. Den tekniska kulturen vilar i hög grad på det praktiska arbetets kunskapstraditioner. Dessa har utvecklats i hem och hushåll, hantverk och industri och en rad andra sammanhang. Genom att följa teknikens historiska utveckling ökar ämnet möjligheterna att förstå dagens komplicerade tekniska företeelser och sammanhang. Att själv praktiskt pröva, observera och konstruera är ett fruktbart sätt att närma sig teknikens primära frågor om mål och möjligheter och att erövra en förståelse som är svår att nå på annat sätt. Sådana aktiviteter tillför också en känslomässig dimension som knyter an till andra former av kreativ verksamhet. Tillverka/ modifiera (M ake or modify) Bedöma/Uppskatta/ värdera (Evaluate) Designa/ om a rbeta (Design or adapt) När verksamhet skall ske som inbegriper något praktiskt ligger det nära till hands att pedagogen/läraren visar en förlaga som eleverna sedan kan använda som mall. Det en PHMbJ Prod. 06 är ett bra sätt som blir ännu bättre om ett visst mått av design finns med i bilden. Bilden till höger visar det kretslopp som tankarna med fördel kan gå i. Tillverka något (en vindsnurra), bedöma den (snurrar den bra) och sedan, om den inte var perfekt, designa en ny som tillverkas, bedöms, omarbetas, tillverkas. Detta föder kreativitet, förmåga att reflektera över konsekvenser etc. dvs. helt i överensstämmelse med kursplanen! PHMbJ Prod
Fallskärmar Tag en soppåse, modell liten till papperskorg. Klipp itu och använd plasten till att göra en skärm, rund eller rektangulär (påsen i sig själv är en dålig fallskärm). Fäst minst fyra snören (varpgarn) med tejp, eller knyt, på ett jämt avstånd från varandra. Håll upp skärmen, dra ut snörena och fäst en tyngd (plastko, duplogubbe, mutter el. dyl.). Klättra upp i lekställningen utomhus eller använd ett trapphus för prov! Design: variera skärmens storlek och form. Variera längden på snörena och antalet. Variera tyngden. Vindsnurra Mallen till höger (skala 1:1) ger en mycket väl fungerande vindsnurra som tydligt visar att ojämnvikt måste uppstå för att få snurran att rotera. Vinden skall, som med alla snurror, träffa rakt framifrån. Eftersom vinden då fångas mer på den ena sidan utövar den ett tryck som blir större på den sidan och detta tvingar snurran att rotera. Tittar man rakt framifrån i linje med snurrans axel syns detta tydligt. Klipp ut snurran, vik in de rundade delarna så att de svarta prickarna möts över cirkeln i mitten. Limma ihop de rundade delarna med de svarta prickarna, OBS limma ej ihop dessa med resten av papperet. Tag en grillpinne, sätt snurran mot en bit 06 frigolit, passa in så att grillpinnen går rakt en PH Mb J Prod. igenom de svarta prickarna och cirkeln i mitten och tryck till. Frigolitbiten är med bara för att det skall vara enkelt att få igenom grillpinnen utan att sticka sig. Justera snurran så att det är någon centimeters mellanrum i snurran, se bilden. Klipp en bit sugrör och trä på den på grillpinnen. Håll i sugröret och rör dig framåt eller blås rakt framifrån. Papperet behöver inte limmas fast på pinnen om man är försiktig när man sticker igenom, sugröret fungerar som ett lager så att snurran kan rotera lätt. En tejpbit på papperets baksida där sugröret ligger emot kan minska friktionen ytterligare. 6 0. d o rp JbMHPne Design: Ändra formen på snurran, klippa ut en större, mer avlång etc. PHMbJ Prod
Propeller Propellrar blir riktigt fina om man tillverkar dem i trä, denna modell är betydligt enklare och grundmaterialet är papp. Klipp två bitar av 2-3 mm tjock papp (den typ som finns i exempelvis kartonger för kopieringspapper) enligt mallen till höger, propellerblad. Det är inte så noga förutom hacket i övre änden på mallen. Tanken är att tjockleken på hacket skall vara lite mindre än tjockleken på en grillpinne. När du har två propellerblad så sätter du det ena på grillpinnen och vinklar det och klämmer sedan dit det andra bladet, vinklat åt andra hållet. På detta sätt så låser propellerbladen varandra mot grillpinnen som blir en axel. Vill man så kan det vara en fördel att sätt dit lite smältlim i toppen på snurran så sitter den bättre. Trä nu på ett sugrör bakifrån på samma sätt som vid vindsnurran och skaffa på så sätt ett lager. Håll i sugröret och rör dig i rummet så att luften träffar propellern framifrån eller blås. Bäst är att gå ut i äkta vind och prova. Eventuellt kan en uppsprättad indianpärla sättas mellan sugröret och propellerbladen för att minska friktionen. Design: Ändra propellerbladens yta, längd, avrundning ute i ändarna. n e P H M bjpro ḋ 0 6 Vindsnurror som väderkvarnar Att göra vindsnurror är ganska enkelt, ovanstående modeller är bara exempel. Tittar man på bilder av gamla väderkvarnar så är det med lite fantasi ingen större match att tillverka en fungerande vindsnurra. Det gäller bara att få till en rotation, en hyfsad jämvikt mellan de blad som snurran skall ha och en låg friktion. Till vänster finns några bilder på vingar som väderkvarnar kan ha. Den första kommer från Spanien och består av flera vingar där trekantiga pappersbitar är fästade (i verkligheten är det segelduk som kan snurras upp allteftersom det blåser). Mellan varje pappersbits spets och närmsta vinge sitter en tråd, denna tråd förhindrar att pappersbiten skall vika sig för mycket bakåt när det blåser.. Den andra bilden visar en vanlig vinge som finns i Sverige. Papp, plywood eller masonite fästes på två korslagda pinnar och vinklas på samma sätt och åt samma håll var och en. En axel fästs på valfritt sätt och sedan är det bara att prova. Lycka till!! Hör gärna av dig med synpunkter eller frågor. Johnny. PHMbJ Prod