1 Magnetiska poler Övningens syfte: Att förstå hur positiva och negativa magnetiska poler har bortstötande krafter och tilldragande krafter 1. Nämn fem saker som en magnet drar till sig. Alla metallföremål förutom aluminium. Exempel: gem, metallinjal, metallsked, spik, skruv, hammare etc. 2. Vad kallar man ändarna på en magnet? Poler. Nord- och sydpoler. 1. Vilken typ av metall fastnar en magnet på? Metall som innehåller järn. 2. Vad händer när likadana poler på en magnet läggs nära varandra? De repellerar eller stöter bort varandra. 1. Vilken typ av metall fastnar en magnet på? Järn. 2. Vad händer när likadana poler på en magnet läggs nära varandra? Vilka krafter bildas? De repellerar (stöter bort varandra). Bortstötande (repulsiva) krafter.
2 Konstruera en kompass Övningens syfte: Att göra en kompass och hitta nord- och sydpolerna. 1. Nämn två saker på din skola som vetter mot norr från där du står eller sitter just nu. (Använd en kompass och hitta saker i klassrummet eller runt skolan som vetter mot norr.) 2. Om du var på Nordpolen vilken ände av jordens magnet skulle du i så fall vara vid? Sydpolen. 1. Nämn två saker på din skola som vetter mot norr i förhållande till var du befinner dig nu. Vetter dessa saker fortfarande mot norr i förhållande till dig om du flyttar dig till ett annat ställe på skolan? (Använd en kompass och hitta saker i klassrummet eller runt skolan.) Sakernas riktning sedd från din position kommer att ändras när du flyttar runt sakerna. Det beror på att kompassens riktning mot norr förblir konstant. 2. Om du var på Nordpolen vilken ände av jordens magnet skulle du i så fall vara vid? Kan du förklara varför? Därför att motsatta poler dras till varandra. Denna definition betyder att jordens magnetiska nordpol faktiskt är en magnetisk sydpol. 1. Låt kompassen hjälpa dig att hitta norr, och rita därefter en karta över ditt klassrum. 2. Varför tror du att två kulor används tillsammans för att man ska kunna göra kompassen? De två kulorna gör det möjligt för kompasspunkterna att snurra. Deras kontaktyta är liten och därför är friktionen låg.
3 Magnetiska krafter inuti kulorna Övningens syfte: Att förstå hur man kan öka och sänka de magnetiska krafterna inuti kulorna. 1. Vad händer om du sätter ihop två set där båda har värdet -2? De repellerar (stöter bort varandra). -2-2 2. Vad händer om du sätter ihop två set där det ena värdet har +2 och det andra har värdet -2? +2-2 De attraherar (dras till varandra). 1. Vad händer om du sätter ihop två set där båda har värdet -2? Förklara ditt svar. -2-2 De repellerar (stöter bort varandra). De har samma värde därför stöter de bort varandra. 2. Vad händer om du sätter ihop två set där det ena värdet har +2 och det andra har värdet -2? Förklara ditt svar. +2-2 De attraherar (dras till varandra). Kulorna har motsatt värde, därför dras de till varandra. 1. Skriv regler som förklarar vad som händer med seten när de placeras i närheten av varandra och har kulor med olika värden. Om kulorna har laddningar med samma värde (positiv/positiv eller negativ/negativ) stöter de bort varandra. Om kulorna har laddningar med motsatt värde (positiv/negativ eller negativ/positiv) dras de till varandra. Om en kula är utan laddning (nollvärde), kommer den att attraheras av både en positiv eller en negativ laddning. 2. Vad händer när en kula med värdet noll rör vid en annan kula med värdet noll? Eftersom kulorna är utan värde och därför utan kraft har kulorna varken bortstötande eller tilldragande kraft.
4 Magnetisk levitation Övningens syfte: Att förstå att lika poler repellerar (stöter bort), och vad som menas med magnetisk levitation. 1. Vilket avstånd är det mellan levitationsstavarna? Kan du tänka ut hur du ska mäta avstånden? Förklara här under med ett diagram. Sätt ihop de två sammanhängande stavarna och mät höjden. Jämför detta med stavarnas höjd inne i tuben. Skillnaden är lika med levitationens avstånd. 1. Vad händer när du lägger flera stavar i tuben? Levitationens avstånd ökar. 2. Vad är det totala levitationsavståndet med tre stavar? Sätt ihop de tre sammanhängande stavarna och mät höjden. Jämför detta med stavarnas höjd inne tuben. Skillnaden är lika med levitationens avstånd. 1. Om tre eller fler stavar läggs till, är avståndet då mellan varje stav detsamma? Kan du hitta ett sätt till att mäta avstånd och bevisa din teori? Förklara här under. Jämför avståndet med två sammanhängande stavar och sedan med tre. Om levitationens distans är längre med tre stavar visar det att levitationens distans ökar ju fler stavar som läggs till. 2. Kan du tänka ut andra, praktiska tillfällen där magnetisk levitation eller fjädrar kan användas? Mjuka stängningar på dörrar och lådor (kök). Fjädring.
5 Ackumulering av polariteter Övningens syfte: Att förstå vad som händer när de magnetiska krafterna inne i kulorna ökar och minskar. 1. Vad händer när du placerar de två kulorna bredvid varandra? De attraherar (dras till varandra). -1 +4 1. Vad händer när du placerar de två kulorna bredvid varandra? Förklara ditt svar. De attraherar (dras till varandra), därför att de har olika värden. -1 +4 2. Rita och markera värdena på ett liknande set som bara har två kulor som repellerar eller visa bortstötande krafter. Kulorna måste ha samma värde (positiv/positiv eller negativ/negativ). +1 +4 1. Vad händer när du placerar de två kulorna bredvid varandra? Förklara ditt svar. På vilket sätt kan du öka eller minska attraktionen mellan de två kulorna? De attraherar (dras till varandra). Ju större skillnaden i värdet är mellan de två kulorna, desto större attraktion. -1 +4 2. Hur får du två kulor att stöta bort varandra med fler stavar? Rita ditt svar här under och ge en kort beskrivning. Likadana kulor repellerar. Kulorna måste ha samma värde. Ju högre eller lägre värde, desto större repulsiva krafter. +4 +4
6 Enkla strukturer Övningens syfte: Att bilda enkla strukturer. 1. Förklara varför en fyrkant är en svag figur. Fogarna på en fyrkant kan böjas lätt och därför ändra formen. Det är inte en fast figur. 1. Förklara varför en triangel är en stark figur. Fogarna på en triangel är fasta. Det är en stabil figur. Det är inte möjligt att ändra figuren. 1. Förklara (med en ritning) hur en fyrkant kan göras till en starkare figur. Detta förstärker fyrkanten, men stavarna är inte tillräckligt långa. En pyramid med fyrkantig bas förstärker fyrkanten med hjälp av stavar och kulor.
7 Regelbundna polygoner Övningens syfte: Att förstå vad en regelbunden polygon är och hur man gör en serie figurer. 1. Rita och namnge de tre-, fyr-, fem- och sexkantiga regelbundna polygonerna. Liksidig triangel Fyrkant Pentagon Hexagon 1. Rita och namnge de tre-, fyr-, fem- och sexkantiga regelbundna polygonerna. Se ovan. 2. Rita och namnge några tre-, fyr-, fem- och sexkantiga oregelbundna polygoner. Vilken som helst 2D-figur med ett antal sidor som kan ha olika längder och vinklar. 1. Rita och namnge de tre-, fyr-, fem- och sexkantiga regelbundna polygonerna. Lägg till de invändiga vinklarna för varje figur. Namn Sidor Summan av de invändiga vinklarna Figur Varje vinkel Triangel 3 180 60 Kvadrat 4 360 90 Pentagon 5 540 108 Hexagon 6 720 120
8 Tredimensionella (3D) strukturer Övningens syfte: Att förstå hur det går till att bygga en struktur genom att använda enkla polygoner. 1. Kan du förklara vad en struktur är? En struktur är en grupp element som är sammansatta för att stötta en last på ett stabilt sätt. 1. Kan du förklara vad en struktur är? En struktur är en grupp element som är sammansatta för att stötta en last på ett stabilt sätt. 2. Rita en struktur här under. Markera några enkla polygoner. Exempel: En bro. Du kan sätta märken vid trianglarna. Ett hus med fyrkanter och trianglar. 1. Kan du förklara vad en struktur är? En struktur är en grupp element som är sammansatta för att stötta en last på ett stabilt sätt. 2. Kuben här under är inte en stark struktur. Hur kan du göra strukturen starkare? Rita dina idéer och förklara varför. Om kubens sidor stöttas med trianglar blir figuren mer stabil.
9 Komplexa 3D-strukturer Övningens syfte: Att förstå hur 3D-figurer formas. 1. Markera och räkna hörnen, sidorna och kanterna på kuben här under. Hörn: 8 Sidor: 6 Kanter:12 1. Markera och räkna hörnen, sidorna och kanterna på pyramiden med en triangelformad bas här under. Hörn: 4 Sidor: 4 Kanter: 6 1. Rita, markera och räkna hörnen, sidorna och kanterna på ett sexkantigt prisma. Hörn: 12 Sidor: 8 Kanter: 18
10 Starka strukturer Övningens syfte: Att bygga en enkel brostruktur och förstå hur man förstärker en struktur. 1. Rita den färdiga bron sedd från sidan, så att det tydligt framgår på vilket sätt du har förstärkt brons vägbana. 1. Rita den färdiga bron sedd från sidan, så att det tydligt framgår på vilket sätt du har förstärkt brons vägbana. Markera alla bortstötande och tilldragande krafter du kan se. 1. Rita den färdiga bron sedd från sidan, så att det tydligt framgår på vilket sätt du har förstärkt brons vägbana. Markera minst två stavar som är under tryck och två som är under spänning. Tryck Spänning
11 Fackverksbroar Övningens syfte: Att förstå vad en fackverksbro är och trianguleringens effekt på strukturerna. 1. Rita en fackverksbro här under. 2. Vilken figur är den viktigaste på en fackverksbro? En triangel. 1. Rita en fackverksbro här under. Markera en triangel. 2. Förklara varför trianglar är så viktiga. En triangel är en stabil figur. Genom att bilda trianglar är det möjligt att förstärka bron och hålla den stabil. 1. Rita en fackverksbro här under. Markera en triangel. 2. Vilka material används till att bygga fackverksbroar? Stål används ofta när man bygger fackverksbroar. Stålbjälkarna kan sammanfogas så att de bildar trianglar som är förhållandevis lätta om man jämför med andra material, t ex betong.
12 Användning av bortstötande och tilldragande krafter Övningens syfte: Att bygga en struktur för att visa de magnetiska bortstötande och tilldragande krafterna. 1. Kan du förklara varför käkarna inte stängs? Käkarnas spetsar stöter bort varandra. Toppkulans värde är samma som baskulans. Poler med samma värde stöter bort varandra. 1. Kan du förklara varför käkarna inte stängs? Käkarnas spetsar stöter bort varandra. Toppkulans värde är samma som baskulans. Poler med samma värde stöter bort varandra. 2. Hur kan du göra så att käkarna stängs genom att använda en till stav? Rita ditt svar. När en stav fästs mot en kula på toppen eller basen med motsatt polaritet sänks krafterna som repellerar. 1. Använd de ord du har lärt dig till att förklara varför käkarna inte stängs. Käkarna repellerar (stöter bort varandra) därför att kulorna har samma värde, och poler med samma värde repellerar. 2. Hur kan du öppna käkarna ännu mera? Du kan öka kulornas värde genom att använda fler stavar med samma polaritet. Det kan du göra antingen på den övre eller den nedre kulan, eller på båda. Det ökar den magnetiska kraft som repellerar så att käkarna öppnar sig ännu mer.
13 Oscillator Övningens syfte: Att förstå hur jag kan använda de bortstötande krafterna till att bygga en svängande pendel. 1. Hur länge pendlar triangeln i mitten? Använd ett stoppur och ta tiden i sekunder. Eleverna tar tiden på strukturen. 1. Hur länge pendlar triangeln i mitten? Använd ett stoppur och ta tiden i sekunder. Eleverna tar tiden på strukturen. 2. På vilket sätt tror du att du kan förlänga den tiden? Minska friktionen, testa att göra pendlarbågen större antingen genom att göra strukturen större eller ändra de repellerande kulornas position. 1. Förklara uttrycket pendling. Kan du komma på någon sak som pendlar? Det är en jämn, oavbruten svängning fram och tillbaka omkring en mittpunkt, en rörelsecykel omkring en mittposition. Pendeln i en Moraklocka, pendeln (visaren) på en metronom 2. Visa på diagrammet här under de krafter som är inblandade, och de magnetiska krafternas värde på kulorna högst upp. -2 eller +2-3 eller +3-3 eller +3
14 Rotation och friktion Övningens syfte: Att använda kulor till kopplingar med låg friktion. 1. Vad händer med den nedersta delen när du snurrar den orangefärgade strukturen på den första modellen? Den nedersta delen börjar också snurra. 2. Vad får den att bromsa och till slut stanna? Det är kulorna som gnider mot varandra. Det kallas friktion. 1. Snurra de två delarna på den första modellen i motsatt riktning. Vad händer till sist? Den orangefärgade delen bromsar och ändrar därefter riktning som på den nedre delen. 2. Vad får den att bromsa och till slut stanna? Det är friktionen mellan kulorna. 1. När den orangefärgade strukturen på den första modellen snurras så rör basdelen sig också. Om du lägger till fler stavar för att förstärka polariteten på toppkulan, kommer det då att minska eller öka effekten? Varför? Effekten ökar därför att kulorna pressas hårdare mot varandra. 2. Även om det inte fanns någon friktion alls mellan kulorna skulle rotationen till slut stanna. Varför? På grund av luftmotståndet på de delar som snurrar.
15 Enkla kullager Övningens syfte: Att förstå hur enkla kullager fungerar. 1. Förklara varför och hur ett enkelt kullager fungerar. Kullagren minskar friktionen genom att låta jämna metallkulor eller rullar röra sig mot en hal, invändig och utvändig yta som kulorna kan rulla mot. Dessa kulor eller rullar bär belastningen. Därför kan själva mekanismen spinna jämnt. 1. Förklara varför och hur ett enkelt kullager fungerar. Som ovan. 2. Varför är friktionen lägre i ett kullager? Kulorna i ett kullager rullar istället för att glida. När två saker glider skapar friktionen mellan sakerna en kraft som minskar deras hastighet. Om de två ytorna kan rulla över varandra minskar friktionen. 1. Rita och markera delarna på ett enkelt kullager. 2. Vad händer med strukturens rörelse om friktionskoefficienten är lika med noll? Rörelsen kommer att fortsätta i all oändlighet och aldrig bromsa.
16 Trycklager Övningens syfte: Att förstå hur trycklager fungerar. 1. Vilka belastningstyper finns det i ett trycklager? Tryckkrafter. Belastningar i axelns riktning. 2. Tror du att detta lager passar i en karusell? Varför? Ja. En karusell har lodräta belastningar genom rotationscentret på karusellen. 1. Vilka belastningstyper finns det i ett trycklager? Tryckkrafter. Belastningar i axelns riktning. 2. Rita trycklagerbelastningens riktning på karusellen här under. 1. Vilka belastningstyper finns det i ett trycklager? Tryckkrafter. Belastningar i axelns riktning. 2. Rita trycklagerbelastningens riktning på karusellen här under. Känner du till några andra produkter eller konstruktioner som har trycklager? Snurrfåtölj, grävmaskin med förarkabin som kan snurra, byggkran.
17 Lägga till en rotationsrörelse Övningens syfte: Att förstå hur rotationsrörelsen kan kombineras med de magnetiska bortstötande och tilldragande krafterna. 1. Beskriv vad som händer med käkarna när du roterar mittdelen. Käkarna öppnar sig. 2. Visa med pilar rotationsrörelsen som bildas på diagrammet här under. Vilken magnetisk kraft rör det sig om bortstötande (repulsiv) eller tilldragande (attraktiv) kraft? En repulsiv kraft bildas när käkarna öppnas och stöter bort varandra. 1. Beskriv alla rörelserna när du roterar mittdelen. Käkarna öppnas när mittdelen roterar. Kulornas värden på käkarnas spetsar och spetsen på den roterande mitten är lika. 2. Visa med pilar rotationsrörelsen som bildas på diagrammet här under. Vilken magnetisk kraft rör det sig om bortstötande (repulsiv) eller tilldragande (attraktiv) kraft? Hur kan du veta det? En repulsiv kraft. Därför att käkarna öppnas och stöter bort varandra. 1. Beskriv rörelsen och krafterna som sker när du roterar mittdelen. Förklara varför det händer. En rotationsrörelse bildas när du roterar basen. Det medför att käkarna öppnas när basens kulor närmar sig käkarnas kulor. Kulorna stöter bort och åstadkommer en repulsiv kraft. 2. Visa rotationsrörelsen som bildas på diagrammet här under. Vilken magnetisk kraft rör det sig om bortstötande (repulsiv) eller tilldragande (attraktiv) kraft? Hur kan du veta det? En repulsiv kraft. Därför att käkarna öppnas och stöter bort varandra.
18 Drivande rörelse Övningens syfte: Att förstå hur man bildar en drivande rörelse med hjälp av de magnetiska bortstötande och tilldragande krafterna. Och att förstå hur man bildar en rotationsrörelse genom att använda enkla kullager. 1. Beskriv rörelsen när du snurrar toppdelen. När toppdelen snurrar bildas en svängningsrörelse mellan det två delarna, men det får också basen att rotera. Det beror på de bortstötande krafterna (repulsiva) mellan kulorna. 2. Varför behövs det ett kullager mellan de två delarna? För att minska friktionen mellan de två delarna och tillåta rörelsen. 1. Beskriv rörelsen som uppstår när du roterar toppdelen. Vilken magnetisk kraft åstadkommer denna rörelse? När toppdelen snurrar bildas en svängningsrörelse mellan det två delarna, men det får också basen att rotera. Det beror på de bortstötande krafterna (repulsiva) mellan kulorna. 2. Varför behövs det ett kullager mellan de två delarna? För att minska friktionen mellan de två delarna och tillåta rörelsen. 1. Förklara varför de två delarna pendlar och roterar tillsammans? När toppdelen snurrar bildas en svängningsrörelse mellan de två delarna, men det får också basen att rotera. Det beror på de bortstötande krafterna (repulsiva) mellan kulorna. 2. Vad skulle hända med rörelsen om det inte fanns någon friktion mellan kullagren? Är det möjligt? Om det inte fanns någon friktion mellan lagren skulle strukturen fortsätta rörelsen en längre tid. Endast luftmotståndet skulle sakta ner rörelsen. Det är inte möjligt då alla ytor som kommer i kontakt med varandra alltid skapar en viss friktion.
19 Homopolär magnetisk motor Övningens syfte: Att förstå hur en homopolär magnetisk motor är konstruerad. 1. Rita och markera delarna på en homopolär motor. Batteri Koppartråd Magnet 2. Vad har denna motor gemensamt med en liten elektrisk motor i leksaksbilar? Motordelarna är desamma. Båda motorerna har en magnet och en koppartråd, och drivs av ett batteri. 1. Rita och markera delarna på en homopolär motor. Se ovan. 2. Vad skulle hända om du använde ett batteri med mer effekt? Tråden skulle snurra fortare. 1. Rita och markera delarna på en homopolär motor. Se ovan. 2. Vad är det som får tråden att röra sig fortare? När batteriets effekt och den magnetiska kraften ökar snurrar tråden fortare.