Kosmos SF

Page 1

Kosmos YF Siri Halvorsen • Arild Boye • Per Audun Heskestad

Kosmos YF lærebok dekker læreplanen i naturfag for yrkesfaglige utdanningsprogrammer på vg1 i den videregående skolen.

bokmål

Læreverket består av: • Lærebok som inneholder både grunndel og studiedel • Fagnettsted www.kosmos.cappelendamm.no • Arbeidsbok (tilleggsressurs) med utfyllingsoppgaver

ISBN 978-82-02-xxxxxx-x

www.cappelendamm.no

Heskestad / Liebich / Lerstad / Engan

Kosmos

SF

Naturfag for Studieforberedende utdanningsprogram

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


Per Audun Heskestad / Harald Liebich / Ivar K. Lerstad / Agnete Engan

Kosmos

SF

Naturfag for Studieforberedende utdanningsprogram

LĂŚrebok / bokmĂĽl


Innhold Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Utforskingen av vår verden . . . . . . . . . 000 1.1 Naturvitenskapen . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Populasjonsvekst hos gjærsopp . . . . . 1.3 Vitenskapelig usikkerhet . . . . . . . . . . 1.4 Naturvitenskapen før og nå . . . . . . . . 1.5 Tro og vitenskap i vår tid . . . . . . . . . . 1.6 Naturfag i mediesamfunnet . . . . . . . . 1.7 Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

2 Endringer i naturen . . . . . . . . . . . . . . . . 000 2.1 Økologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Økosystemene forandrer seg . . . . . . . 2.3 Suksesjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Populasjoner og bæreevne . . . . . . . . . 2.5 Faktorer som påvirker populasjonsstørrelsene . . . . . . . . . . . . 2.6 Modeller for populasjonsvekst . . . . . . 2.7 Menneskenes populasjonsvekst . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

3 Næringsstoffene i maten . . . . . . . . . . . . 000 3.1 Hovednæringsstoffer og mikro­ næringsstoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Energi i mat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Cellene trenger energi . . . . . . . . . . . . 3.4 Proteiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Karbohydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Fett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Vitaminer, mineraler og sporstoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000

3.9 Fordøyelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10 Næringsstoffene transporteres til cellene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000

4 Livsstil og helse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 000 4.1 Kosthold og helse . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Aktivitet og helse hører sammen . . . . 4.3 Hva vekten viser . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Slanking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Spiseforstyrrelser . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Kosmetikkens hemmeligheter . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000

5 Elektroner på vandring . . . . . . . . . . . . . 000 5.1 Byggesteinene – atomene . . . . . . . . . 5.2 Periodesystemet . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Redoksreaksjoner er reaksjoner med elektronovergang . . . . . . . . . . . . 5.4 Metaller – den elektrokjemiske spenningsrekken . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Elektrolyse – redoksreaksjoner i metallframstilling . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Galvaniske elementer . . . . . . . . . . . . 5.7 Batterier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Brenselceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000 000

3


6 Energi i dag og i framtida . . . . . . . . . . . 000

9 Stråling fra sola og universet . . . . . . . . 000

6.1 Energikilder og energibærere . . . . . . . 6.2 Energi: produksjon og forbruk . . . . . . 6.3 Energiforbruket og miljøet på jorda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Sola – energikilde nr. 1 . . . . . . . . . . . 6.5 Biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Varmepumper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Energibærere for framtida . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000

9.1 Stråling består av fotoner eller partikler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 EM-stråling – eksitering av atomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Jordatmosfæren beskytter . . . . . . . . . 9.4 Naturlig og menneskeskapt ­ drivhuseffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5 Ultrafiolett stråling og ozonlag . . . . . 9.6 Nordlys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7 Tolking av stråling fra verdensrommet . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000

10 Energirik stråling – naturlig og menneskeskapt . . . . . . . . . . . 000

7 Fra gen til egenskap . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 DNA er arvestoffet . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Fra gen til protein: proteinsyntesen . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Gener og kromosomer . . . . . . . . . . . . 7.4 Vekst og formering: cellene deler seg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Krysning: nedarving ved kjønnet formering . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Arv og miljø . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000 000 000 000 000 000

10.1 Stråling fra radioaktive stoffer . . . . . . 10.2 Halveringstid og måling av radioaktivitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Ioniserende stråling . . . . . . . . . . . . . . 10.4 Nytte av energirik stråling . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000 000 000 000 000 000 000

8 Den bioteknologiske tidsalderen . . . . . 000

11 Miljøet omkring oss . . . . . . . . . . . . . . . 000

8.1 Bioteknologi og genteknologi . . . . . . 8.2 Avl og genmodifisering av levende organismer . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Genmodifisering av ­ mikroorganismer . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Genmodifisering av planter og dyr . . 8.5 Kloning er genetisk kopiering . . . . . . 8.6 Medisinsk bruk av bioteknologi . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.1 Bærekraftig utvikling . . . . . . . . . . . . . 11.2 Globale interessekonflikter . . . . . . . 11.3 Global oppvarming . . . . . . . . . . . . . . 11.4 Biologisk mangfold . . . . . . . . . . . . . . 11.5 Vann som ressurs . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Forbruksvalg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7 Hvem har ansvar? . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

000 000 000 000 000 000 000 000 000

000 000 000 000 000 000 000 000 000 000


Utforskingen av vår verden

1

Dagens ungdom kalles gjerne digitalt innfødte. Du har vokst opp med fjernsyn, ­mp3-spillere, mobiltelefoner og datamaskiner. Nesten uansett hvor du er, kan du være ­tilgjengelig for andre og kan holde deg oppdatert om hva som skjer i verden. Med dagens mobiltelefoner og datamaskiner kan du laste ned musikk, se filmer – eller i løpet av ­sekunder gjøre verden oppmerksom på hva du holder på med, f.eks. ved hjelp av Facebook eller Instagram. Vanligvis tenker vi ikke noe på all den vitenskap, forskning og teknikk, kreativitet og oppfinnsomhet som ligger bak en slik nokså dagligdags situasjon. I dette kapittelet får du innblikk i hvordan vitenskapen arbeider, og hva som kan bli resultatet av forskningen. Du skal kunne: • planlegge og gjennomføre ulike typer undersøkelser med identifisering av variabler, innhente og

bearbeide data og skrive rapport med diskusjon av måleusikkerhet og vurdering av mulige feilkilder • skille mellom resultater og påstander og diskutere kvaliteten på metoder og framstilling av egne og

andres data og tolkninger • drøfte dagsaktuelle naturfaglige problemstillinger basert på praktiske undersøkelser eller systematisk

informasjon fra ulike kilder • bruke enkle datasimuleringer eller animasjoner for å illustrere og forklare naturfaglige fenomener

og teste hypoteser

1 • Utforskingen av vår verden

7


Oseberg A-, B- og D-platt­ formene i Nordsjøen er bundet sammen med broer. Forskning og utvikling av teknologiske ­løsninger ligger til grunn for en god og effektiv utvinning av olje og gass fra havdyp.

Inntektene fra olje og gass utgjør over halvparten av all norsk eksport og en fjerdedel av statens inntekter (2010).

1.1 Naturvitenskapen Naturvitenskapen griper inn i vårt liv på områder som helse, forbruk, levekår, kommunikasjon, informasjon, energibruk og transport. Den har satt et sterkt preg på moderne sivilisasjon. Norsk forskning og teknologi ligger langt framme når det gjelder olje- og gassutvinning på havdyp. Derfor har vi nå utvunnet langt mer olje og gass enn det som var mulig med den teknologien vi hadde for 20 år siden, og olje- og gassinntektene våre har økt enda mer. Sam­ tidig er sikkerheten blitt bedre. Lenger ute i dette kapittelet skal du få eksempler på hvordan naturvitenskapelige metoder kan brukes i forsøk som lar seg gjennomføre på skolelaboratoriet, og hvordan forskere bruker slike metoder for å komme fram til ny kunnskap innenfor sitt fagfelt. Vi skal også se på hvordan kunnskap i naturfag kan gjøre oss i stand til å gjennomskue påstander som ofte dukker opp i mediene og i reklame. For å kunne forstå hva naturvitenskap er, og hvordan den virker, prøver vi å skjelne mellom prosessen, dvs. det som foregår i selve forskningen, og produktet, det som er resultatet av forskningen. • Prosessen er den arbeidsmåten naturvitenskapen benytter, den vitenskapelige metoden. Vitenskapelige institusjoner bruker denne arbeidsmåten. Slike institusjoner er alt fra universiteter til private og offentlige forskningssentre. • Produktet er de resultatene som er oppnådd, og som oppnås. Det du leser om i denne boka, baserer seg på kunnskap som ­forskere er kommet fram til gjennom grundig vitenskapelig arbeid.

8


Den naturvitenskapelige metoden Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Når et fenomen i naturen skal utforskes, begynner forskerne ofte med det de tror kan forklare fenomenet. De setter opp en tenkt forklaring, en hypotese. Hypotesene er antakelser og bygger gjerne på teorier innenfor fagfeltet, altså det allerede kjente, men går et skritt videre. Her er det rom for fantasi, oppfinnsomhet og undring. Hypotesene testes gjennom eksperimenter eller undersøkelser der forskeren for eksempel forsøker å måle noe. Målingene vi gjør, kan vi bruke til å bekrefte eller forkaste hypotesen vår. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en variabel.

? ?

?

Vi vet at det ofte er mange årsaker til det fenomenet vi observerer. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en variabel.

Hypoteser

Alt vi har av naturfaglig kunnskap, er resultatet av det møysommelige arbeidet og den kreative tenkningen som tusenvis av forskere har holdt på med gjennom århundrer. På alle stadier er det rom for oppfinnsomhet og utvikling av nye verktøy for testing og utprøving.

Utforskning

Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik:

Innsamling

hypotese → undersøkelser/eksperimenter/observasjoner → resultater → analyse/tolkning → konklusjoner

Konklusjoner Formidling

Figur01.01

Det ligger mye og nøyaktig naturvitenskapelig arbeid bak den kunnskapen vi har om verden omkring oss.

Bak hvert av trinnene i den naturvitenskapelige metoden ligger det nøyaktig arbeid, grundig og systematisk registrering av data og bruk av kreative og analytiske evner. Undersøkelsene og tolkningen av resultatene kan også ta svært lang tid. En viktig del av det vitenskapelige arbeidet er vurdering av feilkilder og måleusikkerhet. Figuren på neste side gir en skjematisk framstilling av forløpet i naturvitenskapelig forskning. Ikke all forskning følger dette skjemaet til punkt og prikke. Det er mye prøving og feiling i forskning. Vi kan ikke bevise at en hypotese er riktig, men vi kan teste hypotesen på mange måter og samle støtte for at den synes å være holdbar.

1 • Utforskingen av vår verden

9


DEN NATURVITENSKAPELIGE METODEN Endrede teorier Eksisterende teorier Idéer Fantasi Frie observasjoner

Hypoteser (problemstilling)

Eksperimenter, systematiske observasjoner

Resultater

Revisjoner

Analyse Tolkning

Bekreftet

Konklusjoner

Ikke bekreftet

Formidling (avhandling publisering)

Den naturvitenskapelige ­metoden.

Hypoteser som vi finner støtte for i undersøkelser – ofte over lang tid – blir til teorier eller læresetninger. Det er disse teoriene, faktasetningene, lovene og læresetningene du møter i lærebøker i for eksempel naturfag, biologi, fysikk og kjemi. Ett eneste forsøk kan også motbevise en hypotese eller en teori; vi sier at den kan falsifiseres (påvises som falsk, altså feilaktig). Enhver hypotese eller teori skal kunne falsifiseres. Det gjelder også om en hittil ikke har klart det. Forskerne kan ofte være uenige. De kan tolke resultatene forskjellig, og de kan komme fram til ulike konklusjoner. Det publiserings- og kontrollsystemet som følger med all vitenskapelig forskning, fungerer som en kvalitetskontroll. Undersøkelsene og resultatene skal kunne etterprøves og bekreftes.

Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske

Figur01.01b undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger.

­ orenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: F hypotese → undersøkelser/eksperimenter/observasjoner → resultater → analyse/tolkning → konklusjoner.

Forskningsmiljøer Det vitenskapelige arbeidet blir gjort av forskere som er ansatt ved for eksempel universiteter, høgskoler og museer. Det foregår også naturvitenskapelig forskning ved institusjoner som skal dekke behov innenfor næringslivet, i forvaltningen av naturressurser og i utviklingen av nye medisiner, for å nevne noe. I det vitenskapelige arbeidet gir fors­ kerne en nøyaktig beskrivelse av forsøket og resultatene. Disse beskriv­ elsene blir gjort tilgjengelige for andre, f.eks. i vitenskapelige tidsskrifter. På den måten kan alle forskere finne ut hva som er siste nytt innenfor fagfeltet, og alle undersøkelser, forsøk og resultater kan kontrolleres. Andre forskere kan gjenta forsøkene og eventuelt komme med kritikk og nye resultater.

10


Rolls Royce er et internasjonalt konsern som er godt etablert i Norge, blant annet på NordVestlandet. Konsernet er ledende i verden på utvikling av propellsystemer og vinsjer for skip.

Internett har gjort det lettere enn før å få tilgang til aktuelle vitenskapelige publikasjoner. Samtidig blir en stor del av forskningen holdt hemmelig av hensyn til kommersielle eller militære interesser.

Resultatene av det vitenskapelige arbeidet Biologi: bios (gr.) = liv, logos (gr.) = lære Fysikk: physikos (gr.) = naturlig, physis (gr.) = natur Kjemi: khemeia (gr.) = kjemi

De samlede resultatene (produktene) av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. I disse fagene ligger det en omfattende viten om mennesket, tekniske redskaper og naturen, og de er hovedområdene i naturvitenskapen i dag. Folk flest får vite om ny vitenskapelig kunnskap gjennom aviser, tidsskrifter, fjernsyn og Internett. Naturvitenskapen er hvileløs; den gir seg ikke med det som alle­ rede er oppnådd. Ingen teori får være i fred. Teoriene etterprøves av andre forskere, og nye hypoteser framsettes. Slik er fagene i stadig utvikling. Ny kunnskap kommer til, og gammel kunnskap blir justert. Derfor er forskning og vitenskap et spennende område. De endelige svarene blir aldri gitt, for vi har alltid mer å lære. Det betyr ikke at all den kunnskapen vi har i dag, kommer til å være avleggs og uriktig om en tid. Vitenskapen er kommet fram til mange resultater som regnes som uomtvistelige. Det er dette vi omtaler som basiskunnskap. At det har vært istider på jorda, regnes ikke lenger som teori, men som en kjensgjerning, og vi vet når de var. På den annen side er årsakene til istidene gjenstand for mye diskusjon.

De samlede resultatene av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. Resultatene blir blant annet publisert i vitenskapelige tidsskrifter, og vi kan finne noe av dette i aviser og på Internett. Den naturvitenskapelige kunnskapen er i stadig utvikling, og de endelige svarene blir aldri gitt.

1 • Utforskingen av vår verden

11


ekstrastoff

Et eksempel på moderne forskning Tarmkreft er en svært alvorlig sykdom som utvikler seg over mange år. Kreftsvulsten utvikler seg fra et forstadium, en såkalt polypp, som kan fjernes. Fjerning av forstadiet kan gjøre at kreften ikke får utviklet seg. Det vil derfor være i manges interesse at det lages tester som påviser disse tidlige stadiene. Et britisk selskap arbeider med å utvikle en blodprøve for å påvise begynnende tarmkreft. Testen bygger på forsknings­ resultater fra Oslo universitetssykehus. De norske forskerne fant ut at det er noen «merkelapper» eller markører på arvestoffet (DNA-et, se side 000) som bare fins i cellene i polypper og kreftsvulster. Friske celler i tarmen har ikke disse merkelappene, men de finnes seks forskjellige steder på DNA-et i polypper og kreftsvulster. Ved å ta en celleprøve fra tarmen hos en person og deretter analysere DNA-et kan forskerne undersøke raskere og mer nøyaktig enn før om det dreier seg om tarmkreft.

Til sammen identifiserer disse seks merkelappene tarmkreft med stor presisjon. Forskerne fant ut dette ved å undersøke et stort antall personer med polypper og kreftsvulster i tarmen. Diskuter gjerne disse punktene i klassen: • Hvorfor er det viktig å oppdage tarmkreft og andre alvorlige sykdommer på et tidlig stadium? • Kom med forslag til en hypotese som forskerne kan ha ­arbeidet etter. • Hvilke fagområder tror du disse forskerne har spesialisert seg på for å kunne lage hypoteser og gjennomføre under­ søkelser innenfor dette forskningsområdet? • Bruk Internett og finn ut mer om kreftceller, kreftforskning og hvilke faktorer som kan påvirke utviklingen av forskjellige kreftformer. • Er det slik at alle funnene du gjør på Internett, baserer seg på vitenskapelig forskning?

Kildekritikk Mye av det du presenteres for i reklamer og i mediene, gir inntrykk av å være «fakta». Ta for eksempel en reklame for hårsjampo som skal gi «økt glans og næring til håret». Det kan være lurt å stille seg selv noen spørsmål og være litt kritisk til slik informasjon. For eksempel: – Hva er det som gir økt glans? Og hvordan kan hår som er proteiner (og ikke levende celler), ta til seg næring? Er påstanden i reklamen riktig, eller er det bare noe produsenten sier for å øke salget av produktet sitt? Å skille mellom hva som er påstander om noe, og hva som er etterprøvde resultater av faktiske undersøkelser, er derfor en viktig side ved kildekritikk. Budskap som fremmes i reklame, er ofte preget av påstander og ikke av dokumenterte fakta. Når du søker etter informasjon på Internett, er det også viktig å være kritisk til hvilke nettsider du bruker som kilder. Ikke så sjelden blir hverdagsmyter lagt fram som fakta. Vi kan her nevne myten om at store doser C-vitamin hjelper mot forkjølelse. I kapittel 13, om kosthold, kommer vi tilbake til vitaminene. Tror du dette produktet holder alt det lover?

12


I møtet med den store informasjonsmengden som vi har tilgang til i dag, særlig via Internett, er det viktig å være kritisk og velge ut gode og kvalitetssikrede kilder. En rekke private selskaper og frivillige organisasjoner har nettsteder med mye og riktig informasjon. Eksempler på det er forskning.no, gronnhverdag.no, wwf.no og nhi.no. I tillegg fins det mange offentlige nettsteder med riktig og viktig innhold. Blant dem er miljostatus.no, bion.no og artsdatabanken.no. Når du bruker informasjon fra Internett, bør du tenke på dette: • Hvem står bak informasjonen, og hvem eier nettstedet? Det bør du finne ut. • Er det et tydelig skille mellom fagstoff og reklame for produkter eller tjenester? • Når ble nettstedet sist oppdatert? • Kan de som driver nettstedet, kontaktes? • Hvem er målgruppen for nettstedet?

Med den store informasjonsmengden vi har tilgang til i dag, særlig via Internett, er det viktig å være kritisk og velge ut gode og kvalitetssikrede kilder.

Fysikk

Kjemi

Damp/ luftfuktighet (gass)

H 2O

Is/snø (fast stoff)

Naturfaget

O H

Vann (væske)

H

Vann

60 % vann

Biologi

Fagene kjemi, biologi og fysikk har forskjellige innfallsvinkler til vannets egenskaper.

Figur 1.2

I naturfag forsøker vi å finne forklaringer og lover som beskriver de levende (biotiske) og de ikke-levende (abiotiske) delene av naturen. Faget naturfag omfatter både biologi, fysikk og kjemi, og med en slik inndeling får vi en viss overlapping innenfor de forskjellige emnene. Biologen, kjemikeren og fysikeren har jo forskjellige innfallsvinkler til det som skal studeres. Figuren ved siden av/nedenfor viser dette. Der ser du hvordan vann kan studeres med utgangspunkt i alle de tre fagområdene. Biologien har en veldig spennvidde – alt fra de minste delene i en celle til enorme økosystemer og teorier knyttet til utviklingen av liv på jorda. Kjemien dekker alt fra elementærpartikler i atomene til svære molekyler. Fysikken prøver å forklare de fysiske omgivelsene våre. Partikkelfysikk og kjernefysikk, elektrisitet, astrofysikk og relativitetsteori er blant de store fagfeltene.

1 • Utforskingen av vår verden

13


ekstrastoff

Er det vitenskapelig bevist?

Gransking av et åsted for å sikre bevis.

Ordet bevis brukes annerledes i dagliglivet og i rettssystemet enn i naturvitenskapen. Når noe er overveiende sannsynlig, regner vi det som bevist – slik oppfatter de fleste det. Hvis en siktet i en kriminalsak har etterlatt seg hårstrå på åstedet, blir dette regnet som et sikkert spor og kan føre til en fellende dom. Men andre personer kan i prinsippet ha plantet disse hårstråene der. Derfor er dette ikke et vitenskapelig bevis. Naturvitenskapen bruker ikke ordet bevis. Selv om vi erfarer at alle planter før eller siden dør, er ikke dette et «bevis» for at alle framtidige planter kommer til å dø. Vi har ikke grunnlag for å forkaste muligheten for «en udødelig plante».

De erfaringene som er gjort fram til nå, er derfor ikke bevis innenfor naturvitenskapen. Matematikken og logikken setter derimot opp «bevis» for sine læresetninger. I engelsk kan det være noe lettere å skille mellom de ulike betydningene. Her brukes evidence i betydningen bevismateriale om noe man har sterk tro på, om nokså entydige indikasjoner, og dette begrepet kan brukes i naturvitenskapen. Proof er bevis i den betydningen vi trenger i matematikk og logikk. Ordet blir også brukt i forbindelse med avgjørende bevis i for eksempel kriminalsaker.

1.2 Populasjonsvekst hos gjærsopp Den naturvitenskapelige arbeidsmetoden som du leste om på side 9, dreier seg om å arbeide systematisk og teste hypoteser. Vi skal se nærmere på et forsøk med gjærsopp der vi bruker denne arbeidsmetoden. Gjær er sopp som vi bruker blant annet til gjærbakst. Gjærsopp er mikroskopiske organismer og består av gjærceller som deler seg gjentatte ganger under gjæringen. Gjærcellene omdanner sukker og oksygengass til alkohol og karbondioksidgass. Når det blir dannet karbondioksid (CO2), får vi gassbobler i deigen slik at den hever seg. Når deigen blir stekt, fordamper alkoholen. Gjærsoppen dør for øvrig når alkoholinnholdet i deigen er over ca. 15 %. En samlet kjemisk reaksjon for dette kan skrives slik: sukker + oksygengass → alkohol + karbondioksidgass Hvilke faktorer kan påvirke resultatet av gjærbakst?

14

I de kjemiske prosessene som foregår når gjærcellene får deigen til å heve seg, er det mange forskjellige forhold som gjør seg gjeldende, det vi gjerne kaller variabler. I bakeoppskriftene er det blant annet tale om temperaturen og tida og mengden av gjær og sukker.


Det kan nå være nyttig å se nærmere på disse punktene før du leser videre: • Finn ut mer om gjæringsprosesser ved å bruke Internett. Hva er det viktig å ta hensyn til? • Er det andre variabler enn dem vi har tatt med her, som virker inn på gjæringsprosesser? Mel

Sukker Gjær

Type mel

Termometer

Væskemengde

Variabler som kan påvirke gjæring. Kan du komme på andre variabler enn disse?

Figur 1.2

Mengde gjær

Mengde sukker

Når vi baker, kan vi lage en løsning av gjær, vann og sukker. I oppskriftene er det forklart litt om temperaturen denne løsningen bør ha. Det er naturlig å tenke at dette er for at den kjemiske reaksjonen som skjer under gjæringen, skal foregå på en best mulig måte. Vi antar at det blir produsert karbondioksidgass hurtigst mulig når løsningen har optimal eller «riktig» temperatur. Temperatur er derfor en viktig variabel i dette forsøket.

Sukker er «maten» eller brenselet til gjærsoppen. Det er naturlig å gjette at når vi varierer mengden av sukker og mengden av gjærsopp, vil dette påvirke reaksjonen. Jo mer sukker vi har i deigen, dess lenger kan sikkert gjærcellene omdanne sukkeret og danne mer karbondioksidgass. Hvis vi øker gjærmengden i oppskriften, er det vel flere gjærceller som kan omdanne sukkeret til karbondioksidgass og alkohol, og reaksjonen vil kunne gå raskere. Baking med gjær bygger på utprøving og erfaring gjennom flere tusen år. Resultatet av dette er mange oppskrifter på for eksempel brøddeig. Dersom vi ikke hadde så mange undersøkelser og så lang erfaring med bruk av gjær, måtte vi gjøre flere antakelser – altså sette opp hypoteser, og så kunne vi kanskje finne støtte for disse hypotesene gjennom mange forsøk. Dersom hypotesene ikke får støtte gjennom undersøkelser, må de forkastes eller omformuleres og nye tester gjennomføres. Fortsatt er det mye som kan undersøkes i baking med gjær. Kan kaldheving av deigen påvirke kvaliteten på brødet? Har kornblandingen som blir brukt i en brødoppskrift, innvirkning på hvordan deigen hever seg? Virker væskemengden inn på hevingen av deigen? Er det forskjell i oppskriftene på bruk av tørrgjær og bruk av ferskgjær? Forsøk med gjær I en forsøksserie med gjær stiller vi følgende hypotese: Jo større mengde gjær vi bruker, desto hurtigere går reaksjonen med å omdanne sukker til karbondioksid og alkohol.

1 • Utforskingen av vår verden

15


En tabell fra en undersøkelse av gjærceller med fire variabler kan se slik ut: Variabel:

Temperatur (°C)

Gjær (i gram)

Sukker (i gram)

Vann (i liter)

Mengde CO2 målt (i mL)

Forsøk A

42

5,0

5,0

0,10

25

13 min 21 s

Forsøk B

42

10

5,0

0,10

25

5 min 58 s

Forsøk C

42

20

5,0

0,10

25

5 min 35 s

Forsøk D

42

50

5,0

0,10

25

3 min 58 s

Utstyrsoppsett for gjærforsøket vårt.

16

Tid fra sukkeret ble tilsatt til det var produsert en bestemt gassmengde

I denne forsøksserien har vi flere variabler, men vi varierer bare en av dem, i vårt tilfelle vekten av gjær. Mengden sukker og vann er den samme. Temperaturen er også konstant i alle de fire forsøksseriene. Forsøkene blir gjort i en lukket beholder slik at mengden med oksygengass, O2, er begrenset. Vi samler opp CO2-gass som produseres. Forsøkene avsluttes når vi får et bestemt volum gass. Vi kan også bruke en indikator (Janus grønn) til å påvise når det er tomt for oksygen. Resultatet finner du i tabellen øverst på siden.


Til venstre: Oppsamling av CO2-gass i gjæringsforsøket vårt.

Til høyre: I dette forsøket er det viktig at temperaturen er konstant for å unngå feilkilder.

Ut fra en slik forsøksserie kan vi ikke si med sikkerhet at hypotesen vår er riktig, men resultatene kan tyde på at den stemmer. Hva tror du? Vi må være forsiktige med å trekke konklusjoner av et så lite forsøk som dette. Det går an å utvide dette forsøket og variere en av de andre variab­ lene, f.eks. temperaturen eller mengden av sukker. Detaljene om slike vekstforsøk finner du i studiedelen. Feilkilder i forsøket Dette er et forsøk der feilkildene må vurderes spesielt. Vi varierer altså én variabel (en vekstbetingelse i dette tilfellet) om gangen og holder de andre konstante. Dette er en viktig metodikk i all forskning og kalles variabelkontroll. For å ha et sammenlikningsgrunnlag må vi begynne med like kulturer. Kultur vil i dette tilfellet si mengden av sukker, temperaturen og volumet av blandingen. Men er de helt like? Målte vi opp nøyaktig mengde sukker hver gang? Er vanninnholdet nøyaktig det samme? Er temperaturen jevn? Hvor nøye veide vi inn gjærmengden? Kanskje burde vi også ha målt tida fra forsøket begynte til synlig gassproduksjon var i gang? Som du skjønner, er det alltid en usikkerhet knyttet til slike forsøk som dette.

Feilkilder må vurderes i et forsøk. Vi kan begrense feilkilder og usikkerhet ved å variere bare én variabel om gangen. Dette kaller vi variabelkontroll.

1 • Utforskingen av vår verden

17


1.3 Vitenskapelig usikkerhet Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet, ofte kaller vi det måleusikkerhet. For å redusere denne måleusikkerheten kan vi gjøre følgende: • Gjenta forsøket flere ganger, se bort fra resultater med store avvik og regne ut gjennomsnittet av de andre resultatene. • Kontrollere (kalibrere) måleinstrumentene. Bruk gjerne mer enn ett instrument. • Være klar over at mange måleresultater blir påvirket av andre betingelser enn dem vi tester. • Teste tilstrekkelig mange variabler og variere disse testene på flere måter. • Sjekke faglitteratur og andre kilder. Be gjerne eksperter om råd. • La andre også utføre forsøkene og se om de kommer fram til samme resultat. • Akseptere at målinger kan være unøyaktige og derfor la være å trekke bastante konklusjoner på tynt grunnlag. På skolen blir dette universal­ indikatorpapiret ofte brukt til pH-måling. Vi finner pH-en ved å sammenlikne fargen på papiret med fargeskalaen på boksen. Hva er pH-en i disse to løsningene, tror du? Svarte du det samme som sidemannen?

Hvordan vi tolker observasjonsdata, kan også variere fra person til person. Det merker vi ofte når vi skal fastsette artsnavnet til et insekt. Innenfor den slektsgruppen som insektet tilhører, kan det være flere hundre arter som er svært like hverandre av utseende. Når vi bruker en bestemmelsestabell, må vi ofte bedømme mange forskjellige fak­ torer – fargen på bakparten, lengden på følehornene, vingebredden, behåring på forparten osv. Vurderer vi feil på ett eneste punkt, kommer vi fram til et helt feil artsnavn.

Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet. For å redusere graden av usikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk, gjenta forsøkene og ikke trekke forhastede konklusjoner.

18


1.4 Naturvitenskapen før og nå Det er først og fremst på 1500- og 1600-tallet at den moderne vitenskapelige tenkemåten gradvis vinner fram.

Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling. Tabellen nedenfor gir en oversikt over historiske perioder fram til i dag og noen eksempler på sentrale vitenskapsfolk fra perioden. En oversikt over historiske perioder fra 500 f.Kr. til i dag. Årstall

Periode

Sentrale vitenskapsmenn

500 f.Kr.– 500 e.Kr.

Oldtida i det ­hellenske riket (antikken)

Demokrit: Stoffene er bygd opp av partikler. Arkimedes: Loven om oppdrift i vann. ­Oppdagelser i matematikk. Laget maskiner som var langt forut for sin tid. Aristoteles: Elementene jord, ild, luft og vann.

500 e.Kr.– 1500

Middelalderen

Copernicus: Det er sola og ikke jorda som er i sentrum (heliosentrisk verdensbilde). Galilei: Tok i bruk forsøk og eksperimenter og la grunnlaget for den eksperimentelle vitenskapen.

1500–1700

Renessansen

Kepler: Beskriver planetenes bevegelser. Newton: Grunnleggende lover for legemers påvirkning av krefter.

1700–1750

Opplysningstida

Lavoisier: Grunnleggende prinsipper i kjemien. Linné: Systematiserer planteriket. Watt: Utvikler dampmaskinen.

1750–1900

Industri­ revolusjonen

Darwin: Utviklingslæren grunnlegges. Edison: Oppfant bl.a. glødelampen og ­fonografen, forløperen til grammofonen. Maxwell: Teorier for lys og elektromagnetisme. Mendel: Finner fram til arvelovene. Mendelejev: Utvikler periodesystemet.

1900–1970

Den teknologiske revolusjonen

Einstein: Relativitetsteorien (1905). Watson og Crick: DNA-molekylets rolle og oppbygning (1953).

1970 →

Den digitale revolusjonen

1982–1994: Datamaskiner. Commodore 64 dominerer markedet i hjemmene. Mobiltelefon: Motorola først ute, i 1983. www = World Wide Web eller Internett: organisert i 1991. Fra slutten av 1990-årene: Mobiltelefoner blir vanlige i vestlige land. Fra 2010: Mobiltelefon og Internett ­knyttes sammen. Økt bruk av sosiale medier.

Aristoteles var en gresk filosof og naturforsker.

1 • Utforskingen av vår verden

19


Linnea (Linnaea borealis), oppkalt etter Carl von Linné. Han innførte et latinsk navnsettingssystem med et slektsnavn (f.eks. Linnaea) og et artsnavn. Borealis betyr nordlig.

Galileo Galilei (1564–1642).

Den første mobiltelefonsamtalen noensinne ble foretatt i New York i 1973, på en telefon med en batterilevetid på 20 minutter. Mobiltelefonen på bildet er fra Motorola og ble laget i 1983. Den veide ca. 14 kg. Hvor mye veier din mobiltelefon?

20

Når en vitenskapelig fase blir avløst av en annen, er det ikke slik at alt som ble oppdaget tidligere, forkastes og erstattes av det nye. I utviklingen ligger det ofte en utvidelse av den naturvitenskapelige kunnskapen. Nytenkerne som sørger for utviklingen i vitenskapen, gjør enkelte dyptgripende oppdagelser, men de har ofte møtt skepsis og motstand både blant fagkolleger og i kirken. Copernicus og Galilei la fram teorien om det heliosentriske verdensbildet – at sola er i sentrum, og at planetene beveger seg rundt sola. Dette var vanskelig å godta for mange. De etablerte vitenskapelige miljøene har lett for å være konservative og holde fast på sitt etablerte syn, og Galilei måtte svare for seg i en rettssak som paven satte i gang. Ser vi nærmere på de siste drøyt hundre årene, var det den teknologiske revolusjonen som satte sitt preg på 1900-tallet. Stadig nye tekniske innretninger, f.eks. heisekraner, gravemaskiner, traktorer, biler og andre kjøretøy, kom til og erstattet muskelkraften. Etter hvert gjorde elektronikken seg mer og mer gjeldende. Med den ble massekommunikasjon (telefoni, radio, fjernsyn) mulig. Vitenskapen ble nå preget av tre nye fagfelter: relativitetsteorien (Albert Einstein, 1879– 1955), atomfysikken og genetikken. I genetikken fant forskerne ut hvordan DNA-molekylet er oppbygd. James Watson og Francis Crick fikk nobelprisen i medisin for denne banebrytende oppdagelsen. De siste 20–30 årene har vært preget av den digitale revolusjonen, data­ alderen som vi nå er inne i. Med smarttelefoner har vi lett tilgang til sosiale medier og til nettjenester og all nødvendig og unødvendig informasjon. I et samfunn med nettilgang hele døgnet står tilgjengelighet og kommunikasjon sentralt. Grensene mellom skole, arbeid og fritid viskes ut. Kanskje du opplever at du må være tilgjengelig hele tida for ikke å gå glipp av noe? Nytt teknologisk utstyr og ny programvare blir utviklet i høyt tempo. Nye applikasjoner (apper) tilbyr hjelp og rask oppdatering av informasjon for det aller meste. Vi har raske nettlesere og egne programmer for navigasjon, spill og bildebehandling. Vi kommuniserer via forskjellige sosiale medier som Facebook, Instagram og Twitter. I dag kan


nettbrett, mobiler og datamaskiner kommunisere trådløst, slik at vi kan veksle mellom ulike plattformer og allikevel ha tilgang til den samme informasjonen. Det er vanskelig å spå hva som blir neste fase.

Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling der kunnskapen vår stadig er blitt utvidet.

1.5 Tro og vitenskap i vår tid Naturvitenskapelig forskning har i de siste hundre årene bidratt til et moderne samfunn med avanserte tekniske hjelpemidler. Vi kan vans­ kelig forestille oss en verden uten elektrisitet, datamaskiner, smart­ telefoner, lesebrett, biler og fly. Vitenskapen bygger på resultater av undersøkelser og testing av hypoteser. Hypoteser som gjentatte ganger unngår å bli avkreftet, er med og bygger opp teorier som prøver å forklare fenomenene i naturen. Ofte er det uenighet blant forskerne om forskningsmetodene og om tolkning og konklusjoner når det gjelder forsøk og undersøkelser. Slik uenighet kan bidra til å kvalitetssikre forskningen. I renessansen og i opplysningstida (1500–1750) utfordret viten­ skapen mange av de tradisjonelle forestillingene om naturfenomener. For eksempel var det vanskelig for de fleste å godta at sola ikke gikk rundt jorda, for det kunne de jo se at den gjorde. Slik ble det konflikt mellom vanlige folks tro og det den nye vitenskapen påstod. Slike skarpe motsetninger har vi betydelig mindre av i vår tid. Men nå som før er religiøs tro en viktig del av livet for mange mennesker, noe av deres identitet og kulturtilhørighet.

Naturvitenskapen bygger ikke på tro, men på resultater av undersøkelser og testing av hypoteser.

Modeller og språk i naturvitenskapen Syns du at fysikk, kjemi og biologi er vanskelig? Da er det viktig å være klar over at det er naturen som er vanskelig å fatte. Naturvitenskapen forsøker å beskrive naturen så godt det lar seg gjøre. For å kunne beskrive naturen må vitenskapen faktisk gjøre mange forenklinger.

1 • Utforskingen av vår verden

21


Elektron

+ p+

+

e– –

Nøytron n

Proton

e–

Modell av et heliumatom.

Figur 3.2b

H

O

Oksygenatom

H Hydrogenatom

Modell av et vannmolekyl. Legg Figur 1.3modellen er merke til at i denne ikke partiklene i atomene vist.

Kan naturvitenskapen forklare hvordan det er å være forelsket?

22

Forskerne setter blant annet opp skisser eller modeller. De er forenklinger. Elektronet blir vanligvis beskrevet som en liten kule – men den kula lar seg neppe avbilde. Kanskje vil vi aldri kunne betrakte elektronet slik denne partikkelen i virkeligheten er. Skal vi beskrive noe, må vi ha et språk, og det vil i naturfagene si vitenskapelige begreper. Naturvitenskapen har sitt eget språk. En kjemisk eller fysisk formel kan være et uttrykk i dette språket. Formelen gjør det mulig å beskrive noe med matematisk nøyaktighet basert på målinger. Kravet om nøyaktige målinger er en del av naturvitenskapen, og det vitenskapelige språket gjør det mulig å uttrykke sammensatte forhold på en kortfattet og oversiktlig måte. H2O betyr to atomer hydrogen bundet til ett atom oksygen i en kjemisk binding som til sammen utgjør et vannmolekyl. Vi var inne på hvordan naturvitenskapen stadig har utvidet vår forståelse av oss selv og verden. Den erobrer stadig nye områder. Også sjelelivet, tankene og følelsene våre havner under vitenskapens lupe. Menneskehjernen er stadig under utforsking. Når vi tenker og føler, kan aktiviteten i de forskjellige hjernesentrene registreres med apparater, og her blir det stadig gjort nye framskritt. Men er det slik at naturvitenskapen før eller siden vil legge under seg alt det som psykologien i lang tid har arbeidet med? Slik blir det neppe. For det første lar innholdet i bevisstheten og tenkningen seg ikke så lett avdekke ved hjelp av et apparat. Et dikt vil ikke kunne hentes ut av en hjerne og avbildes på en dataskjerm. For det andre kan ikke naturvitenskapen beskrive følelser og sinnsstemninger. Natur­ vitenskapens ord og uttrykk, altså dens språk, egner seg ikke til dette. Naturvitenskapen tar utgangspunkt i det som kan måles og veies, dvs. det som kan tallfestes. Til disse målingene bruker vi begreper som meter, kilogram, sekund og stoffmengde. Verken kunst, etikk, religiøsitet eller filosofi kan måles og veies med disse begrepene.


1.6 Naturfag i mediesamfunnet For bare ti år siden var avisene sammen med magasiner som Illustrert vitenskap og Science den vanligste kilden til informasjon om naturfaglige temaer for folk flest. Disse bladene tar for seg naturfaglige temaer i et språk som kan være lettere å forstå enn en vitenskapelig artikkel med mange faguttrykk. Mye av denne informasjonen er dessuten kvalitetssikret og gjennomgått av fagpersoner. I dag er dessuten svært mye informasjon bare noen få tastetrykk unna. Det er viktig å huske at ikke all informasjon er riktig informasjon. Det var vi inne på i avsnittet om kildekritikk på side 12. Da dine foreldre vokste opp, var det vanlig å ha leksikon hjemme. Det var der en fant pålitelig informasjon når en lurte på noe. Men når brukte du sist et leksikon som ikke var nettbasert? Tilgangen på informasjon om naturfaglige temaer blir stadig bedre. De vanligste nettavisene sakser daglig fra forskning. no og andre nettsteder med stoff om ny naturvitenskapelig forskning. Det er viktig å være klar over at vi ikke er anonyme på Internett. Når vi besøker nettsteder og bruker søkemotorer og sosiale medier som Facebook, Instagram og Twitter, blir vi kartlagt. Nettbaserte medie­ bedrifter lager profiler av hver enkelt og skreddersyr tjenester som er tilpasset vår tidligere aktivitet på nettet. Men også den informasjonen vi får tilgang til når vi søker på Internett, blir styrt av våre personlige data som er samlet inn gjennom vår nettaktivitet. Søkemotorer som Google lagrer informasjon om din nettaktivitet og tilpasser resultatet av søkene dine etter det. Dette gjør at ulike personer får forskjellige treff når vi bruker samme søkeord i samme søkemotor. Vi lever i en «filterboble» som begrenser eller bestemmer hva slags informasjon vi får tilgang til. I tillegg kan noen nettsteder eller firmaer inngå avtaler med søkemotorer slik at nettopp de havner høyt oppe på oversikten over treff. Slike sponsede lenker er ofte markert med farget bakgrunn o.l. og vil havne helt først i trefflisten din. At de kommer først, betyr ikke at dette er de mest aktuelle og beste treffene for ditt søk. Sider som mange andre nettsteder har lenker til, kan dessuten havne høyere på lista over treff enn de ellers ville ha gjort.

Tilgangen på informasjon om naturfaglige temaer blir stadig bedre, spesielt på Internett.

1 • Utforskingen av vår verden

23


Naturfaglig kunnskap kan forklare fenomener i naturen Naturfagene kan også brukes til å gi en praktisk forklaring på fenomener i naturen. Vi skal se på et eksempel på det. Vinteren 2013 ble Kristiansand plaget av en ubehagelig lukt. Området rundt en barnehage var spesielt hardt rammet. Mange foreldre reagerte på denne lukten – det luktet oppkast, og folk lurte på om det var ekstra mye sykdom i denne barnehagen. Årsaken til den vonde lukten var imidlertid ikke sykdom, men at jorda etter en lang periode med lite snø og mye frost begynte å tine. Lukten kom fra anaerob (anaerob = uten luft) nedbryting av planterester i jorda. Det er først og fremst bakterier som står for denne nedbrytingen. I den blir det blant annet dannet smørsyre, eller butansyre. Den har en karakteristisk lukt som minner om nettopp oppkast. Biologer og kjemikere kunne raskt forklare dette fenomenet gjennom den kunnskapen de hadde om nedbrytingsprosesser i jorda. Fenomenet kalles isbrann, og kan forekomme i overgangen mellom vinter og vår. I forbindelse med smelting på senvinteren kan det oppstå en svært ubehagelig lukt i jorda.

1.7  Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen I naturfag vil de fleste laboratorieøvelsene foregå på naturfaglaboratoriet i løpet av en til to skoletimer. Vi kan også ha laboratorieøvelser som går over lengre tid. Da utfører vi målinger og gjør systematiske observasjoner, slik som i vekstforsøket med gjærceller. I det forsøket ville vi ikke rukket å teste alle variablene i løpet av en naturfagtime. Selv om den naturvitenskapelige arbeidsmetoden ikke kan gjennomføres på samme måte og i samme målestokk som det forskerne gjør, skal prinsippene og gangen i den naturvitenskapelige arbeidsmetoden ligge til grunn i laboratoriearbeidet vårt. I mange av forsøkene vet vi ikke på forhånd hva resultatet blir. Sammen med andre elever skal du da sette opp hypoteser og planlegge hvordan du vil teste dem. I noen forsøk har du først lest teorien i læreboka og vet hva resul­tatet skal bli. Det er likevel viktig at du får erfaring med å utføre disse forsøkene. Du skal observere, måle og notere resultatene og vurdere usikkerhet og feilkilder. Etterpå kan du gjøre rede for arbeidet ditt i en rapport. Tabellen øverst på neste side viser hva en slik rapport bør inneholde.

24


Innhold

Beskrivelse

Tittel på forsøk, navn og dato

Tittel på forsøket og eventuelt også nummer. Ditt eget navn. Datoen da du gjorde forsøket.

Hensikt

Hva du vil undersøke i forsøket, eller hva forsøket går ut på. Trekk gjerne inn aktuelt lærestoff. Aktuelle hypoteser som skal testes?

Utstyrsliste

Liste over utstyret du brukte.

Framgangsmåte

Forklar hvordan du utførte forsøket.

Figurer

En god figur eller et godt foto (bruk mobiltelefon) av oppstillingen av forsøket gir også hjelp til å beskrive forsøket. Sett gjerne navn på forsøksutstyret du brukte.

Observasjoner og resultater

Forklar hva du observerer under forsøket, og noter måleresultatene. Ta med reaksjonslikninger når det er aktuelt. Dersom det er mulig, kan du sette opp resultatene i en tabell eller bruke et diagram. I noen forsøk kan det være aktuelt å behandle eller framstille resultatene med digitalt verktøy.

Drøfting

Eventuelt: Her diskuterer du observasjonene og måleresultatene. Ta også med feilkilder og usikkerhet.

Konklusjon

Her skriver du de konklusjonene som du kommer fram til ut fra resultatene dine. Stemmer resultatene med det du har lært om dette? Gir resultatene støtte til den hypotesen du formulerte før forsøket?

Spørreundersøkelser som arbeid med naturfag Vi skal se nærmere på et eksempel på en undersøkelse som kan gjennomføres med utgangspunkt i den naturvitenskapelige arbeidsmetoden: Sunniva og Erlend går i samme klasse og syns klassekameratene bruker mye tid med mobiltelefon og foran en datamaskin i stedet for å være sammen med andre eller drive fysisk aktivitet.

1 • Utforskingen av vår verden

25


De ble derfor enige om å gjennomføre undersøkelser i klassen som kan avdekke hvor mye tid som går med til dette. De undersøkte hvilke anbefalinger som er kommet fra fagpersoner med tanke på bruk av mobiler og datamaskiner med tilgang til bl.a. Internett og spill. De ble enige om å skille mellom tid brukt til skolearbeid og tid brukt til andre ting. De laget følgende spørreskjema som de delte ut i klassen:

Hvor mye tid bruker du daglig (hverdager):

0–1 timer

1–2 timer

2–3 timer

3–4 timer

4–5 timer

Mer enn 5 timer

Bruk av pc til skolearbeid Bruk av pc på fritida Bruk av mobiltelefon og nettbrett Bruk av spillkonsoller som P­ layStation, Xbox osv. Idrett Andre fritidsaktiviteter Være med venner og familie (utenom fritidsaktiviteter og skole)

Drøft disse oppgavene i klassen: −− Kommenter måten undersøkelsen ble gjennomført på. −− Er det noe dere ville ha endret på i undersøkelsen? −− Hvilke hypoteser bør Sunniva og Erlend stille opp? −− Hvilke konklusjoner kan de eventuelt trekke fra undersøkelsen?

26


Sammendrag og nøkkelbegreper Sammendrag og nøkkelbegrepere: • Vi vet at det ofte er mange årsaker til det fenomenet vi observerer. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en variabel.

• Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, ­nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese → undersøkelser/eksperimenter/observasjoner → resultater → analyse/tolkning → konklusjoner.

• De samlede resultatene av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. Resultatene blir blant annet publisert i vitenskapelige tidsskrifter, i aviser og på Internett. Den naturvitenskapelige kunnskapen er i stadig utvikling, og de endelige svarene blir aldri gitt.

• Med den store informasjonsmengden vi

• Feilkilder må vurderes i et forsøk. Vi kan begrense feilkilder og usikkerhet ved å variere bare én variabel om gangen. Dette kaller vi variabelkontroll.

• Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet. For å redusere denne graden av usikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk og gjenta forsøkene og ikke trekke forhastede ­konklusjoner.

• Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling der kunnskapen vår stadig er blitt utvidet.

• Naturvitenskapen bygger ikke på tro og tradisjon, men på resultater av under­ søkelser og testing av hypoteser.

• Tilgangen på informasjon om naturfaglige temaer blir stadig bedre, spesielt på Internett.

har tilgang til i dag, særlig via Internett, er det viktig å være kritisk og velge ut gode og kvalitetssikrede kilder.

1 • Utforskingen av vår verden

27


oppgaver:

1.1 Naturvitenskapen 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5

1.1.6

1.1.7 1.1.8

• 1.1.9

1.1.10 1.1.11 1.1.12 1.1.13 1.1.14

• 1.1.15

28

Hva mener vi med prosess og produkt i naturvitenskapen? Gi eksempler. a) Hva er en hypotese? b) Hvorfor er hypoteser så viktige i naturvitenskapen? Forklar med dine egne ord hva vi i naturvitenskapen mener med a) en variabel b) en teori eller læresetning Sett opp en oversikt over trinnene i den naturvitenskapelige metoden. Forklar hva som menes med falsi­ fisering av vitenskapelige teorier eller hypoteser. «Den vitenskapelige arbeidsmetoden og forskningen kjennetegnes av sikkerhet og høy kvalitet.» Fins det saklig grunnlag for en slik påstand? Forklar hva du mener. Hvor i samfunnet foregår det forsk­ ning? Gi eksempler. Fins det noen områder i tilværelsen din som ikke på en eller annen måte er knyttet til moderne teknologi, ­naturvitenskap eller forskning? Hvilke institusjoner eller bedrifter i nærheten av der du bor, driver ­naturvitenskapelig forskning? Hva slags forskning foregår der? Hva slags utdanning har forskerne? Hva er forskjellen på forskning og vitenskap? Hva mener vi med basiskunnskaper i naturvitenskapene? Hvilke fag eller fagområder tilhører naturvitenskapen? Hvorfor er det problematisk å bruke ordet bevis i naturvitenskapen? Bruk Internett til å finne ut om det har vært aktuelle saker om fusk i forskningen i Norge de siste årene.

1.1.16 a) Forklar hva som menes med kildekritikk. b) Hva bør vi legge vekt på eller undersøke for å sikre at kildene har god kvalitet? • 1.1.17 I mediene og i reklame kan vi finne mange eksempler på påstander og mange eksempler på fakta-resultater som er etterprøvd. Bruk Internett til å finne noen slike eksempler.

1.2 Populasjonsvekst hos gjærsopp 1.2.1

1.2.2

1.2.3

1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7

a) Hvilke kjemiske reaksjoner deltar gjærsopp i når vi baker? b) Skriv en samlet reaksjonslikning for disse reaksjonene. Forklar med ord eller bruk kjemiske symboler. a) Hvilke variabler er det som avgjør om en gjærsoppen får gunstige ­forhold? b) Forklar hvordan du mener de ­forskjellige variablene kan virke inn på gjærsoppen og dens aktivitet i bakingen. Finn en oppskrift på gjærbakst og forklar hvordan noen endringer av framgangsmåten i bakeoppskriften kan påvirke resultatet. a) Beskriv forsøket med gjærsopp på side 14. b) Hvilke variabler blir testet i dette forsøket? c) Hva ble resultatet av forsøket? a) Gi eksempler på mulige feilkilder i gjærsoppforsøket på side 14. b) Hva kan vi gjøre for å redusere usikkerhet og feilkilder i dette forsøket? Hvorfor er det viktig å variere mange faktorer i et forsøk? Forklar hva som menes med variabelkontroll i vitenskapelige forsøk.


1.2.8 1.2.9

Tenk deg at du forsker på populasjonsvekst hos gjærceller. a) Sett opp noen hypoteser som du vil teste. b) Hvordan vil du måle variablene eller observere det du tester? c) Hvilke feilkilder må du vurdere? a) Hva kunne du tenke deg å forske på, enten hjemme eller på ­skolen? b) Hvordan ville du gå fram for å forske på dette?

1.3 Vitenskapelig usikkerhet 1.3.1 1.3.2

• 1.3.3

Hva mener vi med vitenskapelig ­usikkerhet? Gi eksempler på hva vi kan gjøre for at usikkerheten i naturvitenskapelig forskning skal bli minst mulig. Velg ut for eksempel en plante, en fisk eller et insekt fra naturfagsamlingen. Bruk bestemmelseslitteratur til å finne artsnavnet. Vurder sikkerheten i tolkningene og vurderingene du gjør ­underveis. Kom alle i klassen fram til samme resultat?

1.4 Naturvitenskapen før og nå 1.4.1

Hvordan deler vi utviklingen av naturvitenskapen inn i forskjellige faser eller epoker? • 1.4.2 Velg ut to faser eller epoker i den naturvitenskapelige utviklingen og forklar hvorfor du mener disse er viktige. 1.4.3 a) Hvilken fase i den naturvitenskapelige utviklingen er vi inne i nå? b) Den neste fasen vil trolig være den bioteknologiske revolusjonen. Hva tror du den vil bety i praksis? • 1.4.4 a) Hva kjennetegner renessansen? b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden.

• 1.4.5

• 1.4.6

a) Hva kjennetegner opplysningstida? b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden. a) Hva kjennetegnet industrirevolusjonen, den teknologiske revolusjonen eller den digitale revolusjonen? Velg en av dem. b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden.

1.5 Tro og vitenskap i vår tid 1.5.1

Gi eksempler på konflikter som har vært mellom vitenskap og tro eller tradisjonelle forestillinger om natur­ fenomener. 1.5.2 Hva mener vi med en «modell» i naturvitenskapen? Gi eksempler. 1.5.3 Gi eksempler på områder hvor natur­ vitenskapen egner seg til å forklare det vi opplever og ser rundt oss. 1.5.4. Hvorfor er det viktig å ha et felles språk, felles begreper eller formler slik som i naturvitenskapen? 1.5.5 Forklar hvorfor naturvitenskapen er lite egnet for eksempel innenfor filosofisk tenkning. 1.5.6 a) Sett opp en liste over det du tror skjer med kroppen når du blir glad. Er det noe av dette som kan for­ klares naturvitenskapelig? Er det noe naturvitenskapen ikke kan ­forklare? b) Sett opp en liste over det du tror skjer med kroppen når du blir lei deg og begynner å gråte. Er det noe av dette som kan forklares natur­ vitenskapelig? Er det noe natur­ vitenskapen ikke kan forklare? 1.5.7 Hvorfor står ikke naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet?

1 • Utforskingen av vår verden

29


oppgaver: 1.5.8

Drøft disse utsagnene om tro og vitenskap: a) Vitenskap er det eneste vi kan bygge vår kunnskap om livet og naturen på. Det er feil å forstå livet og naturen ved å ta utgangspunkt i en ­religion. b) Vitenskap og religion handler om to forskjellige ting. Det behøver derfor ikke å være konflikter mellom vitenskap og religiøs tro. c) Vitenskapen tar feil når den ikke stemmer med religionen. Dette ­hevder de som bare bygger på læresetningene i religionen. d) De som hevder at vitenskapen står for sanne forklaringer og urokkelige sannheter, representerer en tro på vitenskapen som er uforenlig med vitenskapens idé og arbeidsmetode.

1.6 Naturfag i mediesamfunnet 1.6.1

1.6.2 1.6.3 1.6.4

• 1.6.5

30

a) Hva er de vanligste kildene for informasjon om naturvitenskap i dag? b) Hvilke av disse kildene er gode og de mest pålitelige? Forklar hvorfor vi ikke er anonyme på Internett. Er Internett en objektiv informasjonskilde? Utdyp svaret ditt. Hva vil det si at vi lever i en «filter­ boble»? Gjør et søk på Internett med en vanlig søkemotor. Bruk et av de faguttrykkene eller begrepene du har lest om i dette kapittelet. Diskuter de treffene du fikk, enten med en i klassen eller sammen i en gruppe. Hvilke treff var det som kom først på trefflista og hvorfor disse treffene kom så høyt opp? Fikk dere de samme treffene på de ti første?

• 1.6.6

Undersøk på Internett ved søk eller i lokale medier om det har forekommet naturfaglige fenomener (slik som vond lukt i Kristiansand vinteren 2013) i ditt nærmiljø. Kan disse fenomenene forklares ut fra naturfaglig kunnskap?

1.7 Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen 1.7.1

1.7.2

• 1.7.3

Bruk oppskriften for innhold i en naturfagrapport og sett opp i din egen notatbok de rutinene du vil følge ved hvert forsøk. Finn ut hvilke sikkerhetsregler du skal følge, og hvilket verneutstyr du må bruke i arbeid med forsøk på skole­ laboratoriet. Velg et datablad for et stoff du skal bruke i naturfag, og noter viktige ­egenskaper ved dette stoffet, fare­ symboler og førstehjelpstiltak.


Øvelser:

Ø 1.1 Hva isolerer best mot varmetap? Utstyr Termometer Fem halvliters brusflasker Ullsokk Syntetisk sokk Bomullssokk Aluminiumsfolie

Del 2: Gjenta forsøket, men denne gangen skal du fukte sokkene i lunkent vann før du trekker dem utenpå flaskene.

Resultater Del 1: Lag en tabell der du noterer de vanntemperaturene du målte i de fem flaskene. Del 2: Sett på tilsvarende måte disse resultatene inn i en tabell. Konklusjon og feilkilder Hvordan vil du tolke resultatene? Er det forskjell på isolasjonsevnen til de materialene du testet? Hvordan ble resultatet påvirket av at sokkene var fuktet med vann i del 2? Hvordan holder våte strømper på varmen? Er det noen feilkilder i forsøket?

Teori og hensikt Du har sikkert prøvd forskjellige slags sokker om vinteren og lagt merke at det varierer hvor godt de holder på varmen. I dette forsøket skal vi teste isolasjonsevnen til sokker som er laget av forskjellige materialer.

Forsøket kan utvides ved at du kler en flaske med svart papir og en flaske med hvitt papir og måler temperaturen på tilsvarende måte som ovenfor.

Framgangsmåte Del 1: Kle tre av plastflaskene med hver sin type sokk. Kle én plastflaske med aluminiumsfolie. La en flaske være uten isolasjon. Fyll flaskene med varmt vann. Alle flaskene skal fylles med vann som holder samme temperatur, ca. 70 ºC er ideelt. Sett et termometer oppi flaskene og sjekk temperaturen. Det er viktig å lese av temperaturen i de forskjellige flaskene raskt så ikke varmetapet påvirker resultatet. Noter resultatet. La flaskene stå i 15 minutter med termometeret i. Mål deretter temperaturen i de fem flaskene igjen.

1 • Utforskingen av vår verden

31


Øvelser:

Ø 1.2 Populasjonsvekst hos gjærceller Utstyr Varmt vann (40–48 °C). Bruk gjerne vannbad. 50 g gjær Sukker Erlenmeyerkolber 250 ml Reagensglass eller 25 ml målesylinder Glassrør Gummislanger Kork med hull for glassrør

Teori og hensikt I dette forsøket ønsker vi å lære mer om den naturvitenskapelige metoden. Ved å studere produksjon av karbondioksidgass (CO 2) når gjærceller omdanner sukker, kan vi variere variablene temperatur og mengden av gjær, sukker eller vann. Skriv en kort forklaring i rapporten om hvordan gjærceller omdanner sukker.

Framgangsmåte Velg hvilken av variablene du vil variere i førsøksserien din og la de andre variablene være konstante. Velg gjerne mengder eller verdier som er nokså like det eksempelet du finner i kapittelet. Hvis du varierer gjærmengden velger du for eksempel 5 g, 10 g, 15 g og 20 g og bruker 100 ml = 0,1 liter vann med temperatur ca. 42 °C. Formuler en hypotese før du starter forsøksseriene. Gassen som blir produsert i forsøkene, kan du samle opp i reagensglass eller i målesylindere fylt med vann som står på hodet i en glasskål med vann. Gassen ledes gjennom glassrør fra erlenmeyerkolben med gjær, vann og sukker til reagensglasset eller målesylinderen. Når reagensglasset er tomt for vann eller gassmengden i målesylinderen har et bestemt volum, f.eks. 25 ml, avslutter vi hvert forsøk. Noter tida i hvert av forsøkene. Resultater En tabell fra en undersøkelse av gjærceller med fire variabler kan se slik ut:

Temperatur (°C)

Gjær (i gram)

Sukker (i gram)

Vann (i liter)

Mengde CO2 målt (i mL)

Tid fra sukkeret ble tilsatt til det var produsert en bestemt gassmengde

Forsøk A Forsøk B Forsøk C Forsøk D

Konklusjon og feilkilder Lag en konklusjon på grunnlag av de resultatene dere har fått. Støtter resultatene den hypotesen dere har satt opp? Kan du tenke deg eventuelle feilkilder?

32


Ø 1.3 Hva trenger plantene for å vokse I? Utstyr Petriskåler Blomsterjord Frø, f.eks. grasfrø, karsefrø eller solsikkefrø Aluminiumsfolie Plantegjødsel Plastposer NaOH, natronlut

Oppgaver Hver gruppe av elever setter opp de plantekulturene som er vist på tegningene. Forsøket bør gå så lenge at den kulturen som er tegnet øverst til venstre, har vokst minst 5 cm. Resultat Noter hvordan veksten har vært i hver av de seks kulturene.

Teori Planter trenger lys, varme, fuktighet og næring. Dessuten må de ha karbondioksid for å kunne vokse.

Konklusjon og feilkilder Lag en konklusjon på grunnlag av de resultatene dere har fått. Kan du tenke deg eventuelle feilkilder?

Hensikt og framgangsmåte I dette forsøket skal vi undersøke hvordan hver av disse fem faktorene virker inn på utviklingen hos plantene. Ved å fjerne en av disse vekstbetingelsene om gangen kan vi se hvordan hver faktor virker inn på veksten.

Optimale betingelser

Folie

For lite vann

Uten lys Fuktig porøs jord med næring

Jord med næring

Delvis tørr jord

Uten varme

Uten næring

Lufttett

Uten CO2

I kjøleskap

Vatt/bomull

NaOH

Med natronlut

1 • Utforskingen av vår verden

33


Øvelser:

Ø 1.4 Hva trenger plantene for å vokse II?

Ø 1.5 Testing av hypoteser

(utvidelse av Ø 1.3) Utstyr Bomull Gras- eller karsefrø Eske der det er skåret ut et hull på den ene siden To plastbegre

Teori og hensikt I øvelse 1.3 undersøkte vi noen vekstbetingelser. Forsøket kan utvides slik at vi ser på enda flere vekstbetingelser. I dette forsøket skal vi se nærmere på hvordan lysretningen og tyngdekraften påvirker veksten hos en plante. Framgangsmåte Ha bomull i to beger. Dytt bomullen godt nedi. Tilsett vann og strø frøene oppå bomullen. La det stå til spiring noen dager. Sett esken med hull i over det ene begeret. Hullet må være stort nok til at det slipper inn lys. Det andre begeret snur du på hodet og setter det oppå to klosser med litt mellomrom slik at plantespirene får plass. Du kan bruke en strikk eller teip til å holde innholdet på plass. La plantene stå noen dager til. Husk å vanne. Resultat og konklusjon Hva har skjedd med plantene i pappesken? Hva har skjedd med plantene som er snudd opp ned? Hvordan vil du forklare resultatene? Skriv en konklusjon.

34

Utstyr Et høyt måleglass fylt med matolje Modelleire Stoppeklokke

Teori og hensikt Hva slags form må en ubåt ha for at motstanden i vannet skal bli minst mulig? Dette går det an å finne ut av i liten målestokk. Framgangsmåte Hver elevgruppe setter opp sin hypotese om hva slags form den ubåten har som glir lettest nedover i et måleglass fylt med matolje. Lag en skisse av den formen dere tror vil fungere best. Lag deretter en tilsvarende ubåt i modelleire. Slipp båten ned i måleglasset med matoljen og mål hvor lang tid den bruker på å synke til bunnen. Det er viktig at lengden på ubåten ikke er større enn diameteren i måleglasset. Prøv gjerne med andre former også. Resultat og konklusjon Sammenlikn resultatene i klassen. Hvilken form er best? Slangeform? Fiskeform? Kuleform? Andre?


3

Næringsstoffene i maten

Kroppen vår og cellene den er bygd opp av, trenger en lang rekke stoffer hver dag for å kunne vedlikeholde seg selv og fungere slik den skal. Disse næringsstoffene må vi få i passe mengder fra det vi spiser og drikker. Næringsstoffene gir oss energi, de gir oss det vi trenger for å kunne bygge opp kroppen, og de inneholder andre stoffer som er viktige for at kroppen vår skal fungere best mulig. Men først må maten og næringsstoffene som er i den, brytes ned til mindre deler. Det er helt nødvendig for at cellene skal få de byggesteinene og den energien de trenger. Denne viktige oppgaven er det fordøyelsessystemet som har.

Du skal kunne: • beskrive de viktigste energigivende næringsstoffene, deres kjemiske kjennetegn og

begrunne hvorfor de er viktige for kroppen • gi eksempler på vitaminer, mineraler og sporstoffer kroppen trenger • gjennomføre enkle kjemiske påvisninger av næringsstoffer i matvarer og gjøre rede for observasjonene • forklare hovedtrekkene i fordøyelse, transport og omsetning av energigivende næringsstoffer i kroppen

3 • Næringsstoffene i maten

1


3.1 Hovednæringsstoffer og ­mikronæringsstoffer

Maten du spiser, gir deg de næringsstoffene kroppen ­trenger.

I alle levende organismer foregår det hele tida kjemiske reaksjoner. Nye forbindelser blir dannet, og avfallsstoffer transporteres ut etter hvert. Maten vi spiser, gir kroppen energi og ny tilførsel av de stoffene den trenger til vekst og vedlikehold. Disse stoffene kaller vi næringsstoffer, og vi pleier å dele dem inn i to grupper: hovednæringsstoffer og mikronæringsstoffer. Hovednæringsstoffene er karbohydrater, fett og proteiner, og dem trenger vi mye av. De utgjør rundt 96 % av det vi spiser, og disse stoffene gir oss energi. Karbohydratene gir oss bare energi, mens proteiner og fett også har som oppgave å bygge opp kroppen. Mikronæringsstoffene er vitaminer, mineraler og sporstoffer. Selv om vi trenger mye mindre av dem, er de like nødvendige som hovednæringsstoffene. Noen av dem er med på å bygge opp, mens andre styrer kjemiske reaksjoner i kroppen. Også vann er et stoff kroppen trenger mye av. Det har livsviktige oppgaver i kroppen vår. Vann er nødvendig for de fleste av de kjemiske reaksjonene inni oss, og det er et transportmiddel. Svette er for det meste vann som er med og holder temperaturen vår innenfor de grensene som er bra for kroppen. MATEN VI SPISER Hovednæringsstoffer som gir kroppen energi

• Karbohydrater • Fett • Protein

Mikronæringsstoffer som ikke gir kroppen energi

• Vitaminer • Mineraler • Sporstoffer

Etter at maten er spist, må næringsstoffene brytes ned til enklere bestanddeler før de kan transporteres rundt om i kroppen og brukes der. Det er også viktig at kroppen er i stand til å kvitte seg med de avfallsstoffene som dannes. I dette kapittelet skal vi se nærmere på næringsstoffene og hvordan de brytes ned og transporteres i kroppen. I kapittel 4 lærer du mer om hvordan du kan sette sammen mat med ulikt innhold av næringsstoffer og på den måten få et godt kosthold.

Maten du spiser, gir deg de næringsstoffene kroppen trenger. Proteiner, fett og karbohydrater er hovednæringsstoffene. Mineraler, vitaminer og sporstoffer er mikronæringsstoffer. Vann er også helt nødvendig for kroppen.

2


3.2 Energi i mat

Varedeklarasjon for Coca cola.

1 kalori = 1 cal ≈ 4,2 J Det tilsvarer den energien som skal til for å varme opp ett gram vann én grad. 1000 kalorier = 1 kilokalori (kcal)

Det er hovednæringsstoffene som gir oss energi. Noen matvarer gir oss mye energi, andre gir lite. Det avhenger av hvilke næringsstoffer matvaren inneholder, og mengden av hvert næringsstoff. Som oftest kan du lese på emballasjen hvor stort energiinnholdet er. Varedeklarasjonen i margen viser hvor mye energi det er i sukkerholdig brus. Energi måles i joule (J). 1 joule er en svært liten energimengde, så energiinnholdet i mat og drikke blir vanligvis oppgitt i kilojoule (1 kJ = 1000 joule). Ordet kalori ble tidligere brukt som mål for energi, så det er fortsatt noen som bruker ordet kalori om matenergi. I mange vare­ deklarasjoner er energiinnholdet oppgitt både i joule og i kalorier.

CO2 Lys O2 C6H12O6 Andre organiske forbindelser

De organiske forbindelsene vi trenger, får vi fra planter eller fra dyr som har spist planter.

H 2O

Det er hovednæringsstoffene i maten som gir oss energi. Energi­innholdet i mat avhenger av hvilke næringsstoffer mat­ varen inneholder. Energi måles i joule (J).

Organiske forbindelser gir energi Mesteparten av innholdet i det vi spiser, er organiske forbindelser. Hovednæringsstoffene, som vi skal gå gjennom her, er energirike organiske forbindelser. Organiske forbindelser er de fleste kjemiske forbindelser som inneholder karbon. Vi mennesker tilhører forbrukerne, dvs. at vi kan ikke lage våre egne organiske forbindelser av uorganiske forbindelser slik plantene kan.

3 • Næringsstoffene i maten

3


Plantene er produsenter. De driver fotosyntese, der de omdanner de uorganiske forbindelsene vann (H2O) og karbondioksid (CO2) til glukose (C6H12O6). De organiske forbindelsene er mye mer energirike enn de uorganiske.

Lys

CO2

CO2 + H2O

C6H12O6 + O2 Andre organiske forbindelser

H 2O Mineraler

Grønne planter er produsenter. De produserer energirike forbin­ delser av energifattige uorga­ niske forbindelser. I tillegg blir det dannet oksygen. Denne pro­ sessen kaller vi fotosyntese.

Et stykke pizza gir deg alle hovednæringsstoffene, men kanskje ikke i rette mengder?

2O + CO2 + energi fra sollys → H C6H12O6 + O2 Glukosen fra fotosyntesen kan planten eller dyrene som spiser planten, omdanne til andre organiske forbindelser, og dem får vi i oss når vi spiser noe fra planter og/ eller dyr.

Pizzaen du ser på bildet nedenfor, inneholder alle hovednæringsstoffene: proteiner, karbohydrater og fett. I kjøttet er det mye protein og noe fett. Bunnen består for det meste av karbohydrat i form av stivelse fra hvetemel, og fett er det også rikelig av i osten og dressingen du kanskje har på. Både protein, karbohydrat og fett er energirike organiske forbindelser. Kroppen bryter dem ned slik at energi blir frigitt og livsprosessene våre kan drives. De siste delene av nedbrytingen skjer i celle­åndingen, også kalt forbrenningen. For å bryte ned, forbrenne, disse forbindelsene er det nødvendig med oksygen. Som avfallsstoff får vi karbondioksid og vann.

O2 Fett

Forbrenning

CO2

Energi

Protein H2O Karbohydrat

I celleåndingen brytes hovednæringsstoffene ned: hovednæringsstoffer + O2 → CO2 + H2O + energi

4


Næringsmidler vil si all mat og drikke som vi får i oss for å gi kroppen næringsstoffer.

Hoved­ næringsstoff

Energi­ innhold i kJ per gram

Fett

38 kJ

Karbo­ hydrater

17 kJ

Protein

17 kJ

Hvor mye energi en matvare kan gi, henger sammen med innholdet av næringsstoffer og vann. Visste du at kremfløte bare gir halvparten så mye energi som nøtter? Det kommer av at det er mer vann i fløte enn i nøtter. I næringsmiddeltabeller, som du blant annet finner på Internett, kan du se hvor mye energi og hvor mye av de forskjellige næringsstoffene det er i forskjellige matvarer. Tabellen til venstre viser energiinnholdet i 1 g fett, 1 g karbohydrat og 1 g protein. Energien blir frigitt når disse næringsstoffene brytes ned gjennom en lang rekke reaksjoner i kroppen. Energibehovet ditt er summen av to hovedfaktorer: • basalstoffskiftet, dvs. energi til alle de livsnødvendige prosessene i kroppen (bl.a. hjerteslag, pust, kroppsvarme, fordøyelse, reparasjon og vekst). Et voksent menneske trenger om lag 7000 kJ per døgn til basalstoffskiftet sitt. • fysisk aktivitet. I det virkelige liv er vi sjelden helt i ro. Vi bruker energi til å sitte, stå, gå, løpe, trene osv. Jo mer du beveger deg, desto høyere blir det samlede energibehovet ditt.

Protein, karbohydrat og fett er organiske forbindelser som gir oss energi når de brytes ned i kroppen. Energibehovet vårt avhenger av basalstoffskiftet og den fysiske aktiviteten.

ekstrastoff

Navnsetting av organiske forbindelser Svært mange organiske forbindelser får navn etter hvor mange karbon­ atomer det er i molekylet, om det er enkelt-, dobbelt- eller trippelbindin­ ger mellom noen av karbonatomene, hvilke andre grunnstoffer de inne­ holder, og hvilken funksjonell gruppe de inneholder. Første del av navnet forteller om hvor mange karbonatomer det er:

Navn

Formel

Etan

C2H6

Hydrokarbon (alkan). Består av kun karbon og hydrogen, enkelt­ binding mellom karbonatomene.

Eten

C2H4

Hydrokarbon (alken). Består av kun karbon og hydrogen, dobbelt­ binding mellom karbonatomene.

Etyn

C2H2

Hydrokarbon (alkyn). Består av kun karbon og hydrogen, trippel­ binding mellom karbonatomene.

Etanol

C2H5OH

Alkohol. Funksjonell gruppe: –OH. Navn slutter på -ol.

Etansyre

CH3COOH

Organisk syre. Funksjonell gruppe –COOH. Navn slutter på -syre.

1 C = met-, 2 C = et-, 3 C = prop-, 4 C = but- osv. Tabellen viser et eksempel med en organisk forbindelse som har to ­karbonatomer.

Kulepinnemodell

Beskrivelse/funksjonell gruppe

3 • Næringsstoffene i maten

5


3.3 Cellene bruker energi ATP står for adenosin-trifosfat. Tri- betyr tre og viser hvor mange fosfatgrupper det er. I ADP står D for di, som betyr to, altså to fosfatgrupper.

Fotosyntese

Karbondioksid

Vann

Oksygen

Når energirike næringsstoffer brytes ned, blir energien de inneholder, overført til forbindelsen ATP. ATP er en energibærer. ATP frakter energien fra maten vi har spist, til de stedene der energien skal brukes. Det fungerer altså som et midlertidig lager for energi. I kapittel 6 lærer du mer om energibærere. ATP gir energi til en lang rekke forskjellige prosesser som skjer i cellene i kroppen – alt fra muskelarbeidet i armene og beina dine, celledeling og vekst til tankevirksomheten i nervecellene i hjernen. Energien i ATP kommer fra maten du har spist, og energien i maten kommer opprinnelig fra solenergien som er tatt opp gjennom fotosyntesen. Den energien som brukes i cellene i kroppen, går til slutt ut som varme. Det er sola som driver denne energistrømmen, som går fra produsenter til forbrukere – eller sagt på Glukose og en annen måte: fra maten vi spiser og til ulike andre organiske forbindelser oppgaver i kroppen. gir energi til å danne ATP

Celleånding

Energien vi bruker, kommer opprinnelig fra sola og blir tatt opp av plantene i fotosyntesen. Plantene blir så spist av forbru­ kerne, blant andre av oss men­ nesker.

P

P

P ATP

Energi tilføres

P

P

ATP spaltes til ADP i cellene, og energi blir frigitt. Hvis energi blir tilført, settes ADP og P sammen til ATP igjen.

6

+

P

Karbohydratene i maten brytes i kroppen ned til mindre molekyler, først og fremst glukose, druesukker, som har kjemisk formel C6H12O6. Glukosen blir fraktet gjennom blodårene til cellene og brytes der videre ned. Sluttproduktene er karbondioksid og vann. Samtidig blir det frigjort energi som brukes til å danne ATP. Et ATP er bygd opp av en base, adenin, som er bundet til et karbohydrat som heter ribose. Adenin pluss ribose kaller vi adenosin. På ribosen er det bundet tre fosfatgrupper på rekke og rad. Bindingen mellom andre og tredje fosfatgruppe er ustabil og kan lett brytes. Da fjernes et fosfat fra ATP, og vi får ADP pluss et fritt fosfat (P). ADP har lavere energi enn ATP, derfor er det nå blitt frigitt energi som cellen kan bruke til for eksempel transport, varme og bevegelse eller til å sette sammen eller bryte ned andre forbindelser. Hvis ADP blir tilført energi for eksempel fra nedbryting av maten, settes ADP og P sammen igjen til Energi frigjøres ATP. ATP virker derfor som et oppladbart batteri.

Når energirike næringsstoffer brytes ned, blir energien de inneholder, overført til ATP. ATP er en energibærer og frakter energien til de stedene der den skal brukes.


3.4 Proteiner Les mer i kapittel 5 om ­atomer og molekyler. Antistoffer er viktige i immunforsvaret og produseres av visse typer hvite blodceller etter at fremmede stoffer er kommet inn i kroppen. Enzymer er forbindelser som hjelper til med å få kjemiske prosesser i kroppen til å gå eller til å gå raskere

O

H C

N H

O H

NH2

COOH

Aminogruppe

Syregruppe

Aminogruppen består av et nitrogenatom og to hydrogena­ tomer, syregruppen av COOH. Legg merke til at hvert C har 4 bindinger, hvert N har 3, hvert O har 2, og hvert H har 1 binding.

Vi regner som nevnt proteinene til hovednæringsstoffene, som gir mye energi. Både i muskler, hud, antistoffer og enzymer finner vi proteiner, og proteiner fra maten kan brytes ned i cellene og gi energi. Men i kroppen vår har vi over 100 000 ulike proteiner, og de har svært forskjellig oppbygning og ulike egenskaper. For å forstå oppbygningen og egenskapene hos proteinene må vi se nærmere på byggesteinen i dem: aminosyra. Både «amino» og «syre» forteller oss noe om atomgrupper i aminosyrene. Hvert aminosyremolekyl inneholder et nitrogenatom som kan danne tre bindinger. Siden to av bindingene er knyttet til hydrogen, får vi en NH2-gruppe med en ledig binding. En slik gruppe kalles en aminogruppe. «Syre» forteller oss at hver aminosyre i tillegg til en aminogruppe inneholder en syregruppe (-COOH). Syregruppen fins ikke bare i aminosyrer, men også i organiske syrer. Det kommer vi tilbake til seinere i dette kapittelet. Her skal vi bare kort lære at syregruppen er oppbygd av ett karbonatom, to oksygenatomer og ett hydrogen­ atom med en ledig binding. Du ser det på figuren i margen.

Proteiner gir energi, bygger kroppen og danner antistoffer og enzymer. Proteiner er bygd opp av aminosyrer. Kjemiske kjennetegn på aminosyrer er aminogruppen (NH2) og syregruppen (COOH).

Aminosyrer koples sammen med peptidbindinger På tegningen på neste side av aminosyra glysin legger du merke til aminoenden til høyre og syreenden til venstre. De er typiske for alle aminosyrer. To aminosyrer kan bindes sammen til en dobbeltaminosyre som vi kaller dipeptid (di = to). Da blir aminoenden på det ene syremolekylet bundet til syreenden på det andre syremolekylet med en peptidbinding. Når dette skjer, får vi frigitt (avspaltet) et molekyl vann (H2O), og prosessen kalles kondensasjon. Vi skal seinere se at det også skjer kondensasjon når byggesteinene i de andre hovednæringsstoffene – karbohydrat og fett – binder seg sammen. Enda flere aminosyrer kan binde seg sammen til lange kjeder som vi kaller polypeptider (poly = mange) ved hjelp av peptidbindinger. Et ferdig protein består av ett eller flere polypeptider. Det fins 20 forskjellige amino­ syrer i naturen. 12 av disse aminosyrene kan kroppen lage selv, og 8

3 • Næringsstoffene i maten

7