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. Praktiskt inför laborationen I experimentet kan både kraftmätarna och kraftplattorna användas i experimentet. 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 I fysiken används inte begreppet vikt, som vi i regel använder till vardags, för att tala om vad något väger utan istället används begreppet massa som är en grundstorhet i SI-systemet och anges i enheten kilogram. Orsaken till att ett föremål har massa är att det består av materia som i sin tur består av atomer. I fysiken används begreppet tyngd om massan multiplicerat med tyngdkraften och anges i enheten Newton, som förkortas N, eftersom det är en kraft. Tyngdkraft eller gravitation är den kraft som stora föremål, kroppar, påverkar andra föremål med. Jorden är en kropp som påverkar andra föremål genom sin tyngdkraft. Tyngdkraften är orsaken till att sådant som tappas faller till marken och till att månen hålls kvar och 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 fås 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 tyngden av ett föremål är känd kan massan räknas ut genom att tyngden divideras med 10. 1 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 Väg föremålen för att få massan och häng upp dem i kraftmätarens krok och avläs 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 du komma fram till sambandet mellan massa och tyngd. 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 fler 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 och så får övriga elever fundera över vilket som är rimligast, om det är djurets vikt eller tyngd som eleven sagt.
Resultatet 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 2,0 N vilket motsvarar 0,2 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 någon annan himlakropp 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 - Gnomens guide till fysiken: Tyngdkraft. Id: U102227-04. Ålder från 10 år. (Strömmande, DVD). Bra introduktion till tyngdkraft. http://beta.sli.se/apps/sli/prodinfo.php?db=36&article=u102227-04 - Isaac Newton och gravitationen. Id: V2536. Ålder från 13 år. (Strömmande, DVD). I filmen förklaras vad tyngdkraft är med hjälp av fallande äpplen och upptäckten av hur planeterna kan kretsa kring solen. http://beta.sli.se/apps/sli/prodinfo.php?db=36&article=v2536