NE Fysik 4–6 | Gratis läsning terminen ut

NE Nationalencyklopedin AB

Ångbåtsbron 1, 211 20 Malmö redaktionen@ne.se www.ne.se

© NE Nationalencyklopedin AB 2024

Författare: Jesper Sörensson och Johan Warell

Läromedelsutvecklare: Jesper Sörensson

Redaktör: Johan Warell

Bildredaktör: Martina Eriksson

Illustratör: Elin Jonsson

Infografik: Erik Nylund

Grafisk formgivare: Jens Klaive

Grafisk produktion: Arvid Gruvö Wärle och Ellen Rönn

Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal, är förbjuden. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman, t.ex. kommun, eller Bonus Copyright Access. De flesta skolor och högskolor har avtal med Bonus Copyright Access och har därigenom viss kopieringsrätt. Det är lärarens skyldighet att kontrollera att skolan har ett giltigt kopieringsavtal med Bonus Copyright Access. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter och fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till rättsinnehavaren.

Tryckt hos Print Best i Estland

Första upplagan, första tryckningen

ISBN 978-91-88423-86-3

Innehåll

Förord

Fysik är allt som finns runt omkring oss. Fysik handlar om hur naturen och universum fungerar, vad de består av och hur de är uppbyggda. Det handlar också om hur kunskapen om fysiken gradvis växer fram genom teorier och experiment och genom att ifrågasätta gamla sanningar. Allt bättre kunskap gör att vi kan sätta saker i ett sammanhang och påverka vårt dagliga liv och teknikens och samhällets utveckling.

I den här boken får du lära dig hur du gör mätningar och observationer för att undersöka hur omvärlden ser ut och fungerar. Du lär dig hur fysiken kan användas för att lösa de utmaningar som vi har i samhället, som att begränsa klimatförändringens effekter och skapa en fossilfri och hållbar framtid.

Redaktionen, NE

Kapitel 1 Vad är fysik?

Bilden: Regnbågen bildas när solljuset bryts i små vattendroppar. I regnbågen har solens vita ljus delats upp i ett spektrum av vackra färger.

Att förklara världen omkring oss

Fysik handlar om att förstå vår omvärld. Vad är det vi ser och varför är det så? Med observationer och experiment kan vi undersöka hur naturen fungerar, och med hjälp av matematiken kan vi räkna ut varför. Med dessa kunskaper kan vi förstå vår plats i universum, förändra världen omkring oss och utveckla teknik som inte fanns tidigare.

Ord och begrepp

Artificiell intelligens (AI) är konstgjord intelligens i form av datorsystem som försöker ”härma” den mänskliga hjärnan.

Fysik är vetenskapen om universums beståndsdelar och hur de utvecklas och samverkar, från det allra minsta till det allra största.

Matematik är vetenskapen om tal, deras egenskaper och förhållandena mellan dem.

Modell är en förenklad beskrivning av något som är komplicerat.

Naturvetenskap är de vetenskaper som studerar naturen, dess delar och hur den fungerar, som fysik, astronomi, kemi och biologi.

Programmering är när man skriver instruktioner som en dator ska utföra, till exempel för att göra matematiska beräkningar.

Simulering är en modell som används för att förklara eller undersöka hur verkligheten fungerar, till exempel i datorn.

Teknik handlar om de metoder och verktyg som används för att konstruera och bygga saker och ting.

Hur kommer det sig att det regnar? Och varför faller regndropparna nedåt?

Att fundera och ställa frågor

Titta dig omkring. Ser du något som är fysik? Det gör du säkert!

Ljuset från lampan, värmen från elementet, reflexerna i glasrutan, himlens blå färg, vågorna på vattenytan, bilen som kör förbi och det snurrande vindkraftverket i fjärran – allt handlar om fysik.

Fysiken finns runt omkring oss hela tiden. Den påverkar och styr vår vardag, antingen vi tänker på det eller inte.

Fysiken bestämmer vad vi kan och inte kan göra. Men vi kan också använda fysiken för att förbättra vår vardag och ändra det sätt vi lever på.  Fysik handlar om att fundera och ställa frågor. Varför ser det ut så här? Varför fungerar det så? Varför faller vattendropparna nedåt? Varför är himlen svart på natten?

Vissa frågor är små och enkla, vissa känns djupa och oändligt svåra. En del frågor får vi kanske aldrig svar på.

Med teknikens hjälp kan vi bygga instrument, apparater och maskiner som hjälper oss att utforska naturen och förstå den bättre.

Tekniken hjälper oss också att upptäcka och mäta det som vi inte visste fanns. Naturvetenskapen och tekniken hänger ihop. De utvecklas i takt med varandra och tillsammans driver de vår kunskap om naturen framåt.

Matematik är fysikens språk

När du löser matteuppgifter kan det vara svårt att tänka sig att det mesta i världen kan förklaras med hjälp av matematik. Men så är det faktiskt.

Matematik är fysikens språk.

Du har säkert någon gång spelat datorspel som Minecraft, Roblox eller FIFA. Det som de alla har gemensamt är att de fungerar som verkligheten. Det beror på att man kan simulera världen i datorn med hjälp av enkel fysik och matematik.

Du kommer inte att lära dig hur matematik och fysik hänger samman förrän senare under din skolgång. Men om du är intresserad av spelprogrammering har du säkert redan använt mycket matematik och fysik, även om du inte har tänkt på det.

I en berg- och dalbana blir fysiken tydlig. Farten varierar, man accelerar i nedförsbackarna och det svänger snabbt. I kurvorna trycks man åt olika håll på grund av krafterna.

Tiden går långsammare vid dina fötter än vid ditt huvud. Tiden går också långsammare för en astronaut i rymden än för dig som står på jorden. Detta kunde Albert Einstein beräkna med hjälp av matematik för över hundra år sedan.

Verkligheten kan beskrivas med matematik

Fysikens språk är matematik. Matematiken gör att man kan programmera en dator så att den kan räkna ut vad som skulle ha hänt om man gjorde samma sak i verkligheten.

Matematiken används till exempel när man ska göra simuleringar Simuleringar är modeller som är mer eller mindre verklighetstrogna och används i till exempel datorspel.

Vissa saker kan man simulera väldigt exakt, som hur ljuset från en lampa reflekteras i ett dricksglas. Andra saker är mycket svåra att simulera, som vädret.

Bilder skapade med artificiell intelligens (AI) använder matematik för att skapa verklighetstrogna bilder som inte finns verkligheten. Du har kanske testat att använda AI-verktyg för grafik som DALL-E eller Midjourney själv?

Pojken du ser i bilden finns inte. Ansiktet har skapats med AI och bygger på att verkligheten kan beskrivas med matematik.

Sammanfattning

@ Fysiken bestämmer hur allt i universum beter sig och samverkar.

@ Naturvetenskapen och tekniken utvecklas i takt med varandra och driver tillsammans vår kunskap om naturen framåt.

@ Med matematik kan man beskriva fysikens lagar och förutsäga vad som kan hända.

@ Simuleringar är experiment eller datormodeller som beskriver verkligheten, ofta på ett förenklat sätt.

Vad är fysik?

Att förklara världen omkring oss

Instuderingsuppgifter

1. Beskriv tre saker runt omkring dig som är fysik.

2. Varför är fysik viktigt i vår vardag? Ge exempel på situationer där fysikens lagar påverkar oss.

3. Hur kan teknik och datorer användas för att förbättra vår förståelse av världen? Ge exempel på hur teknik och datorer används inom fysiken.

4. På vilket sätt används kunskaper om fysik i datorspel?

5. Varför sägs det att ”matematik är fysikens språk”? Ge ett exempel på hur matematik används i fysiken.

6. Vad är en simulering och på vilket sätt är de användbara inom naturvetenskapen? Ge ett exempel på en typ av simulering.

Aktiviteter

1. Fysikfrågor

Skriv ner några frågor om världen som du har funderat över, till exempel “Varför snöar det?” eller “Hur långt når ljusstrålen från ficklampan?” Diskutera frågorna i klassen och försök ta reda på svaren.

2. Fysiksaker

Titta runt i klassrummet. Försök att hitta fem saker som är fysik. Finns det något i klassrummet som inte är fysik?

3. Fysik och teknik

Finns det några tekniska föremål i klassrummet som utnyttjar fysik eller bygger på fysik? Försök att hitta tre sådana föremål.

4. Sjunka eller flyta

Undersök vad som påverkar densiteten. Du behöver:

– en aluminiumburk med sockerfri läsk

– en aluminiumburk med vanligt socker i läsken

– en stor och djup skål

– varmvatten.

a. Fyll skålen med vatten så att burkarna får plats utan att det rinner över.

b. Lägg burkarna i vattnet och observera vad som händer.

c. Flyter eller sjunker burkarna?

d. Om det är någon skillnad, vilken av burkarna flyter och vilken sjunker?

e. Försök förklara vad som händer.

Bilden: Med instrument av olika slag kan fysikern studera naturen och universum. För att se saker på avstånd använder man till exempel en kikare eller ett teleskop.

Fysikerns verktygslåda

Är du ute på upptäcktsfärd ibland?

Fysikern använder en mängd olika verktyg och instrument för att undersöka naturen, som vågar, linjaler, mikroskop och teleskop. Med hjälp av observationer och mätningar kan man undersöka fenomen och dra slutsatser om dem, som man presenterar i en rapport.

Ord och begrepp

Enhet används för att beskriva hur stor en storhet är. Till exempel är meter en enhet för längd.

Experiment är en vetenskaplig undersökning som man gör under kontrollerade former, ofta i laboratoriet.

Instrument är ett verktyg för att mäta eller undersöka något.

Laboration är en systematisk undersökning där man dokumenterar sina iakttagelser noggrant.

Mätning är när man samlar data om ett fenomen eller föremål, till exempel genom att läsa av ett instrument.

Observation är när man undersöker något, ofta på avstånd.

Storhet är något som kan mätas, till exempel längd, massa och tid.

Hur fungerar ett plasma? Även om man inte förstår ett fenomen kan man undersöka det. Så arbetar fysikern.

Att undersöka verkligheten

För att ta reda på hur världen fungerar kan man använda många olika metoder. Om du har riktigt små syskon vet du att en bebis utforskar världen genom att testa olika saker.

Kanske plockar bebisen upp en skallra och försöker bilda sig en uppfattning om den:

– Hur känns den?

– Hur luktar och smakar den?

– Vad händer om man skakar på den?

– Vad händer om man kastar den i huvudet på mamma eller pappa?

Det bebisen gör handlar om att undersöka verkligheten för att förstå den bättre.

Att undersöka verkligheten på ett metodiskt sätt

Inom naturvetenskap och fysik gör man ungefär samma sak som en bebis, men lite mer metodiskt.

Så här kan en vanlig fysiklaboration se ut:

– Man undrar över något: ”Vem cyklar snabbast i klassen?”

– Man mäter eller experimenterar: ”Vi mäter tiden det tar att cykla över skolgården.”

– Man funderar över resultatet: ”Men våra cykelhjul är ju olika stora ...”

– Man drar en slutsats: ”Baserat på våra mätningar ser vi att Anna är snabbast.”

Fysik handlar alltså om att ställa frågor om verkligheten och att undersöka den på ett metodiskt sätt.

Ibland kan man göra experiment och mätningar i laboratoriet – som mikrobiologen som studerar växande celler. Men ibland kan man inte ta hem det man vill mäta utan måste göra observationer ute i naturen i stället – som geologen eller astronomen.

Den svenska simstjärnan Sarah Sjöström har tagit flest individuella VM-medaljer i simning. Tiden mäts med en noggrannhet av en hundradels sekund.

Den grekiske filosofen Aristoteles observerade och skrev ner hur han trodde att naturen fungerade, vilket ofta blev fel. Först 2 000 år senare började man använda den vetenskapliga metoden, vilket blev ett stort framsteg för fysiken.

Den vetenskapliga metoden

Kunskapen om naturen och fysiken uppstår inte av sig själv. För att förklara något man ser eller upplever behöver man ställa frågor, undersöka och dra slutsatser.

Att göra noggranna mätningar av ett fenomen, dokumentera informationen, göra en analys och presentera resultatet är delar i den vetenskapliga metoden.

Genom den vetenskapliga metoden baserar man sina slutsatser på den kunskap man redan har och undviker därför att dra felaktiga slutsatser.

Man kan ha en teori om hur något fungerar som man förbättrar med nya observationer eller experiment. Men teorin är aldrig riktigt färdig. När som helst kan ny kunskap förändra den eller till och med visa att den är felaktig.

Fysikerns redskap

Fysiken handlar mycket om att mäta saker. När du laborerar kan du använda olika slags instrument, till exempel:

– ett tidtagarur för att mäta tid

– en linjal eller ett måttband för att mäta längd

– en våg för att mäta massa

– en termometer för att mäta temperatur.

Att mäta saker i fysik kan göras på många sätt. Vissa mätinstrument har du säkert använt. Du kan använda en mobiltelefon eller ett enkelt tidtagarur för att mäta tid.

ITER är ett exempel på en avancerad apparat. Det är ett stort internationellt forskningsprojekt för att undersöka hur man kan utvinna energi ur fusion, samma process som får solen att lysa. Långt ner till höger ses en människa som storleksjämförelse.

En fysiker kan behöva mycket mer avancerade apparater. Många av apparaterna mäter just tid, längd, massa och temperatur (fast mycket noggrannare än du kan göra i skolan). Andra instrument kan mäta magnetfält, ljusintensitet eller radioaktiv strålning.

Det viktigaste i fysiken är inte mätinstrumenten, utan en fysikers funderingar och tankar om hur världen fungerar. Det har funnits många fysiker som har förändrat vårt sätt att se på världen. Du har kanske hört talas om Isaac Newton eller Albert Einstein.

Både Newton och Einstein använde sin fantasi för att komma på nya idéer om verkligheten. Sedan testade de sina idéer med experiment eller lade fram nya teorier om de inte kunde experimentera själva. Det viktigaste arbetsredskapet för en fysiker är just detta: en god fantasi!

Laborationer och laborationsrapporter

I en laborationsrapport beskriver du vad du gjorde under laborationen och hur du gjorde det. På så sätt kan du hjälpa andra att förstå laborationen och resultatet av undersökningen. Laborationsrapporten är också en instruktion för någon annan som vill göra samma laboration och granska dina resultat.

För att vara säker på att man dokumenterar sin undersökning på rätt sätt och inte missar någon viktig information är laborationsrapporten

uppställd på ett bestämt sätt. Laborationsrapporter beskriver alltid vad man har undersökt, vilken utrustning man använde, hur man gjorde, vilket resultat man fick och vad man skulle kunna förbättra till nästa gång.

Enkla mätningar

Börja med att göra aktiviteten ”Vikt och längd” på sidan 23.

I den får du öva på att göra mätningar med våg och linjal.

Förhoppningsvis får du ett bra resultat.

Så här är laborationerna i denna bok uppbyggda

I laborationer finns ofta tre delar:

Syfte

Den fråga som laborationen ska besvara.

En kort beskrivning av vad du ska undersöka.

Det här behöver du De saker du behöver för att göra laborationen.

Gör så här

En beskrivning av hur du ska göra laborationen.

Ibland finns det även några frågor du ska besvara i samband med att du gör laborationen.

Laboration och rapport

Laboration

Syfte

Att undersöka om varmt vatten kokar snabbare än kallt vatten.

Det här behöver du

– Varmt och kallt vatten från kranen.

– Bägare.

– Gasolbrännare.

– Stativ med galler.

– Decilitermått.

– Tändstickor.

– Tidtagarur.

Gör så här

1. Mät upp 2 deciliter vatten, så varmt som möjligt, från vattenkranen.

2. Häll vattnet i en bägare.

3. Tänd gasolbrännaren.

4. Ställ bägaren på stativet över gasolbrännaren.

5. Mät tiden tills vattnet kokar.

6. Upprepa stegen 1–4 men med så kallt vatten som möjligt från vattenkranen. Det är viktigt att gasolbrännaren är inställd på samma sätt som när du värmde varmvattnet.

Frågor

1. Vilket vatten tog kortast tid att koka upp?

2. Försök förklara dina observationer.

Laborationsrapport

Rubrik

Koktiden för varmt och kallt vatten

Författare

Utförd av Roland Johansson

Medlaborant: Johan Warell

Utförd: 25 september 2024

Inlämnad: 27 september 2024

Frågeställning

Kokar varmt vatten fortare än kallt vatten?

Utrustning

Varmt och kallt vatten från kranen, bägare, gasolbrännare, stativ med galler, decilitermått, tändstickor, tidtagarur.

Utförande

Vi värmde 2 deciliter varmt vatten från kranen och mätte tiden det tog för vattnet att koka med hjälp av ett tidtagarur. Sedan mätte vi 2 deciliter kallt vatten och värmde och mätte på samma sätt.

Resultat

Det tog att 2 minuter och 12 sekunder att koka det varma vattnet.

Det tog 2 minuter och 34 sekunder att koka det kalla vattnet.

Slutsats

Det varma vattnet kokade upp fortare än det kalla vattnet. Det berodde på att det inte behövdes lika mycket värme för att nå kokpunkten.

Vad ska finnas med i en laborationsrapport?

En laborationsrapport är en beskrivning av vad du har gjort och vilka resultat du har kommit fram till. Den brukar innehålla följande delar.

Rubrik En kort beskrivning av vad du har undersökt.

Författare Ditt namn, andra deltagare i gruppen och det datum du gjorde undersökningen.

Frågeställning En kort beskrivning av den fråga som laborationen ska besvara.

Utrustning En lista på de saker du har använt i laborationen.

Utförande En kort beskrivning av hur du utfört laborationen.

Resultat Här beskriver du de observationer du gjorde under ditt experiment och vilka mätvärden du fick. Om du gjorde flera mätningar kan du visa dem i en tabell eller i ett diagram. Ibland blir resultatet tydligast om du ritar en bild.

Slutsats Här sammanfattar du resultatet. Du ska försöka svara på frågeställningen du hade i inledningen eller återkomma till syftet med laborationen.

Sammanfattning

@ Inom naturvetenskap och fysik undersöker man naturen metodiskt genom att följa den naturvetenskapliga metoden.

@ Experiment kan göras i laboratoriet, och man kan vända och vrida och ta på det man mäter.

@ Om man inte kan experimentera med sitt undersökningsobjekt gör man observationer på avstånd ute i naturen i stället.

@ En laborationsrapport beskriver vad som gjordes under laborationen och hur det gjordes.

KAPITEL 1

Vad är fysik?

Fysikerns verktygslåda

Instuderingsuppgifter

1. Vilka är de vanligaste mätningarna som en fysiker kan behöva göra? Ge exempel på mätinstrument som används för dessa mätningar.

2. Förklara vad som menas med den vetenskapliga metoden. Hur används den när man undersöker ett fenomen i naturen?

3. Vilka är de grundläggande delarna i en laborationsrapport? Beskriv kortfattat vad som bör vara med i varje del.

4. Hur kan observationer och experiment hjälpa oss att förstå världen omkring oss? Ge exempel på några situationer där observationer och experiment är användbara.

Aktiviteter

1. Vetenskapliga verktyg Ge en kort beskrivning av följande verktyg och instrument som forskaren använder:

a. laser

b. mikroskop

c. kikare

d. prisma

e. radar

f. våg

g. mikrometer.

2. Fysikobservation

Samla ihop så mycket information som möjligt om klassrummet genom att observera det under 10 minuter. Det kan till exempel vara antalet stolar, bänkar eller fönster, avståndet mellan dörren och stora tavlan, eller temperaturen i luften. Använd de mätverktyg som läraren plockar fram.

a. Skriv ner alla dina observationer på en lapp och ge till läraren.

b. Diskutera gemensamt i klassen.

c. Finns det något ni alla har missat att observera?

d. Finns det något som inte är en observation utan i stället ett antagande eller en teori?

3. Vikt och längd

Öva på att göra mätningar och att beräkna noggrannhet. Du behöver en bok, en linjal, spikar och en våg. Besvara följande frågor med så stor noggrannhet som möjligt.

a. Hur mycket väger en spik?

b. Hur mätte du massan på en spik?

c. Hur tjockt är ett blad i boken?

d. Beskriv hur du mätte tjockleken på ett bokblad.

Svängande pendel

Syfte

Att undersöka hur en pendel fungerar genom att mäta med linjal och tidtagarur.

Det här behöver du

– Snöre.

– Två vikter med olika massor.

– Tidtagarur.

– Papper.

– Penna.

– Sax.

Gör så här

Anteckna noga allt du gör under laborationen. Skriv ner dina tidmätningar i en tabell med rader för pendelvikter och kolumner för pendlarnas längd.

1. Mät upp och klipp av två snören som är så långa att avståndet mellan fästpunkten och vikten blir 50 cm och 100 cm.

2. Fäst den lätta vikten i det 50 cm långa snöret.

3. Häng snöret så att pendeln kan röra sig fritt.

4. Dra ut pendeln 10 cm och släpp (svängningssträckan blir då totalt 20 cm).

5. Räkna antalet svängningar under 60 sekunder. Anteckna resultatet.

6. Gör nu om försöket med samma vikt men dra ut pendeln 20 cm och släpp (svängningssträckan blir då totalt 40 cm).

7. Räkna antalet svängningar under 60 sekunder. Anteckna resultatet.

8. Häng den tyngre vikten i snöret och gör om de båda försöken med 20 cm och 40 cm svängningssträcka.

9. Gör om samma försök med 100 cm lång pendel. Anteckna mätningarna i tabellen.

Undersökning av pendlar

vikt/pendellängd

lätt vikt, kort svängning

tung vikt, kort svängning

lätt vikt, lång svängning

tung vikt, lång svängning

Frågor

50 cm

100 cm

1. Jämför pendlingstiderna för den 50 cm långa pendeln med den lätta och den tunga vikten. Är det någon skillnad?

2. Jämför pendlingstiderna för den 100 cm långa pendeln med den lätta och den tunga vikten. Är det någon skillnad?

3. Jämför pendlingstiderna för de olika långa pendlarna och den lätta vikten. Är det någon skillnad?

4. Jämför pendlingstiderna för de olika långa pendlarna och den tunga vikten. Är det någon skillnad?

5. Vilken slutsats kan du dra av dina mätningar? Har pendelns längd eller viktens massa någon betydelse för pendlingstiden?

Bilden: En föreställning om universum från medeltiden. Man trodde att stjärnorna var fästa på ett ”himmelsskal”. Utanför denna fanns himlens maskineri, som fick allt att fungera.

Fysik i tid och rum

Naturvetenskapen och fysiken har sitt ursprung i antiken, men det är först under de senaste 400 åren som naturen har undersökts med vetenskapliga metoder. Då har man också kunnat förstå hur naturen och universum fungerar.

Här får du lära dig om hur fysiken har vuxit fram under historien och hur man har utvecklat sina metoder att undersöka den.

Ord och begrepp

Naturforskare kallar man ofta personer som undersöker många olika typer av fenomen i naturen för att hitta samband mellan dem och kunna förstå världen bättre.

Religion är att tro på en högre makt av något slag och baseras inte på vetenskapliga undersökningar.

Science fiction är böcker eller filmer om en tekniskt avancerad framtid.

Vetenskap handlar om att försöka att förstå hur och varför saker händer genom att undersöka verkligheten.

Tre svenskar som har betytt mycket för utvecklingen av naturvetenskapen var biologen Carl von Linné, fysikern Anders Celsius och uppfinnaren Christoffer Polhem.

Att göra livet enklare

När du kommer hem från skolan tar du kanske mjölk från kylen och värmer en kopp varm choklad i mikrovågsugnen. Sedan tittar du på det senaste avsnittet av din favoritserie på surfplattan.

Hela din vardag bygger på att människan har lärt sig att förstå och utnyttja fysiken för att göra livet enklare och roligare. Utan fysikens framsteg hade du fortfarande gått ut på gården, mockat stallet, mjölkat kon och druckit mjölken medan du tittade på hönorna och grisarna.

Kunskap bygger på kunskap

All kunskap bygger på att man lär sig av det som andra redan har gjort och bygger vidare med ny kunskap, generation efter generation.

En av de största fysikerna i historien, Isaac Newton, sa följande:

Om jag har sett längre än andra så beror det på att jag stått på jättars axlar.

”Jättarna” var de forskare som Newton själv hade lärt sig av. Sedan dess är det många som i sin tur har byggt vidare på det som Newton tänkte ut.

Isaac Newton gjorde på 1600-talet experiment med solljus och prismor. Han upptäckte att vitt ljus består av många färger.

Spindelnätet är ett av de starkaste materialen i naturen.

Fysikens början

Fysik är ingen ny idé. Människor har i alla tider vetat att stenar faller nedåt om man släpper dem och att regnbågar ibland kan dyka upp om det regnar.

De flesta tänkte att det var gudar och andra väsen som gjorde att det stormade, skörden mognade eller att man blev sjuk. Eftersom man inte visste varför saker var som de var hittade man helt enkelt på egna förklaringar. De kunde ibland stämma med verkligheten men ofta hade man helt fel.

Aristoteles

I det antika Grekland för mer än 2 500 år sedan började man fundera på hur världen egentligen fungerade. Den mest kände tänkaren hette Aristoteles.

Aristoteles var en av de första som tittade på hur naturen fungerade och försökte hitta en förklaring. Han menade att naturen har ett syfte, en mening med allt som händer:

– Naturen har gett spindeln spinnkörtlar för att den ska kunna spinna nät. Den spinner nät för att fånga insekter.

– Stenar faller till marken för att de vill hitta sin naturliga plats. Han tänkte på väldigt många saker och kom till exempel fram till att

– jorden är universums centrum

– tunga saker faller snabbare till marken än lätta saker

– kanonkulan faller rakt ner till marken när farten tar slut.

Aristotoles levde på 300-talet före Kristus.

I dag vet vi att Aristoteles hade fel om alla dessa förklaringar. Men det första steget mot dagens naturvetenskap var taget – att försöka förstå världen. Faktum är att man i nästan 2 000 år trodde att alla Aristoteles förklaringar om fysiken var sanna.

Eratosthenes

Eratosthenes var en annan tänkare som funderade på hur naturen fungerade. Han levde i Grekland för lite mer än 2 000 år sedan. Eratosthenes ville till exempel veta hur långt det är runt jorden.

Hur långt är det runt jorden?

Eratosthenes visste att jorden var rund eftersom jordens skugga alltid var rund vid månförmörkelser. Men hur skulle han få reda på hur långt det är runt jorden? Eratosthenes tänkte så här:

– Han visste att solen lyste rakt ner i botten på en brunn i staden Syene mitt på dagen en viss dag på året.

– Att solen lyser rakt ner i botten på brunnen innebär att solen står rakt upp på himlen över Syene.

– Han visste också att solen aldrig stod rakt upp på himlen i staden Alexandria, som ligger 84 mil norr om Syene.

– Genom att mäta vinkeln på skuggan från en pinne i Alexandria kunde han räkna ut att ett varv runt jorden är 48 gånger längre än avståndet mellan Alexandria och Syene.

– Alltså är avståndet mellan Alexandria och Syene: 48 · 84 mil = 4 032 mil

vilket är väldigt nära det verkliga värdet på 4 000 mil.

För mer än 2 000 år sedan kunde man alltså räkna ut hur långt det är runt jorden enbart genom att man visste avståndet mellan två städer och vinkeln på en skugga. Och förstås behövdes också Eratosthenes väldigt, väldigt smarta idé om hur det skulle räknas ut.

Att jorden är rund kan man se när det är månförmörkelse. Fullmånen rör sig då genom den skugga som jorden kastar ut i rymden. Skuggan har alltid en rund kant. Om jorden hade varit platt hade skuggan haft olika former beroende på hur solen lyste på den.

Mätning av jordens omkrets

Solstrålarna faller vertikalt i Syene men med 7,5 graders vinkel i Alexandria. Denna vinkel är 1/48 av cirkelns omkrets.

Jordens omkrets är 48 gånger längre än avståndet mellan orterna, eller 4 032 mil.

7,5 grader

2

Sträckan mellan Alexandria och Syene är 84 mil.

Att veta eller att tro

saker. Inte förrän 2 000 år efter Aristoteles levde den första riktiga fysikern (och en av de viktigaste), Galileo Galilei.

Galileo Galilei

Galileo Galilei var den första som inte bara undersökte naturen utan också gjorde experiment. I stället för att bara förklara verkligheten kunde han förutsäga saker.

Eftersom han var den första som gjorde experiment och använde matematik för att beskriva fysik kallas han ofta naturvetenskapens fader.

Ett varv är 360° och således är ett varv runt jorden 360° / 7,5° = 48 gånger så långt som avståndet mellan Syene och Alexandria.

Galileo Galilei levde mellan åren 1564 och 1642.

På

Galileo Galileis tid var det inte någon som vågade ifrågasätta att stoteles hade rätt när han påstod att

– jorden är universums centrum

– tunga föremål faller snabbare än lätta föremål.

Genom att titta på stjärnhimlen med sin egen uppfinning, teleskopet, och experimentera med tunga och lätta kulor som faller mot marken, kunde i stället Galileo Galilei säga att – solen är universums centrum

– tunga föremål faller lika snabbt som lätta föremål.

Anledningen till att ingen vågade ifrågasätta att Aristoteles hade rätt var att den katolska kyrkan sade att Aristoteles hade rätt. Eftersom Galileo Galilei vågade bråka med kyrkan dömdes han till livstids husarrest. Bråket mellan kyrkan och Galileo Galilei ledde till att det blev tydliga gränser mellan tro och vetenskap. Forskare började pröva om gamla ”sanningar” verkligen var sanna genom att experimentera och dra slutsatser.

Religion och vetenskap

Religion är att tro på en högre makt av något slag. Vetenskap handlar om att försöka att förstå hur och varför saker händer genom att undersöka verkligheten.

Förr trodde man att fenomenen på himlen orsakades av gudar. I dag vet vi att det inte är så.

Människan landar på månen i Georges Méliès science fiction-film från 1902.

Verklighet och science fiction

Gillar du att titta på science fiction? I så fall har du kanske funderat på vilken teknik som en dag kommer att bli verklighet. Det är förstås omöjligt att veta. Men en del science fiction blir faktiskt ”science fact”, alltså verklighet.

Den första science fiction-filmen spelades in 1902 och handlar om en resa till månen. Sjuttio år senare hade tolv människor faktiskt också landat där, trots att många bara tio år tidigare trodde att en sådan resa var omöjlig.

Världstidningen New York Times menade 1903 att människan nog skulle kunna flyga med en flygmaskin någon gång i framtiden, men att det skulle ta över en miljon år att nå dit. Redan två månader senare gjorde bröderna Wright den första flygturen med sitt enkla motorflygplan!

Människor och robotar

Kommer vi att umgås och jobba med mänskliga robotar i framtiden? Kommer vi att kunna göra människor och föremål osynliga? Kommer vi att använda portaler för att färdas mellan olika platser eller i tiden? Kommer vi att framställa den energi vi behöver ur en droppe vatten i vårt eget hem? Många av idéerna i science fiction är inte möjliga att göra med dagens kunskap om fysik och teknik, men många kan kanske bli möjliga i framtiden.

Hur mycket vi kommer att förstå inom fysiken och vilka tekniska uppfinningar vi kommer att göra och vart de leder är omöjligt att veta i dag. Ibland verkar det som att kunskapen och utvecklingen tar stora hopp, men egentligen sker utvecklingen oftast i små steg.

Men ett är säkert – matematikens, fysikens och teknikens utveckling följs åt och är beroende av varandra. Annars hade vi inte kunnat ta oss framåt mot en annan och förhoppningsvis bättre framtid.

Sammanfattning

@ Aristoteles var en av de första som tittade på hur naturen fungerade och försökte hitta förklaringar.

@ Galileo Galilei undersökte naturen och gjorde experiment med vetenskapliga metoder.

@ Religion är att tro på en högre makt av något slag.

@ Vetenskap handlar om att försöka att förstå hur och varför saker händer genom att undersöka verkligheten.

@ Många av idéerna i science fiction är inte möjliga att göra med dagens kunskap om fysik och teknik, men vissa kanske blir verklighet i framtiden.

Vad är fysik?

Fysik i tid och rum

Instuderingsuppgifter

1. Hur kunde man redan för 2 000 år sedan veta att jorden var rund?

2. Beskriv hur Aristoteles och Galilei resonerade när de försökte lösa vetenskapliga problem. Hur skilde sig deras arbetssätt åt? Hur arbetar forskare i dag, mest som Aristoteles eller mest som Galilei?

3. Vilken roll spelade Aristoteles i utvecklingen av fysiken? Beskriv några av hans tidiga idéer om hur naturen fungerade och vad vi vet i dag.

4. Hur använde Eratosthenes observationer för att beräkna jordens omkrets? Beskriv de steg han tog för att göra denna beräkning.

5. Vem var Galileo Galilei och varför anses han vara en viktig person inom fysikens historia? Vilken metod hade han för att undersöka naturen?

6. Vad är skillnaden mellan religion och vetenskap? Hur har relationen mellan kyrkan och vetenskapen påverkat utvecklingen av naturvetenskapen?

Aktiviteter

1. Ta reda på mer om en naturforskare Välj en naturforskare i historien och ta reda på mer om vad han eller hon gjorde och är berömd för. Undersök hur mätningarna gick till, vilket resultatet av studierna blev eller vilka teorier som skapades. Hur märks naturforskarens bidrag till fysiken i dag? Exempel på personer att undersöka är Aristoteles, Eratosthenes, Galileo Galilei, Isaac Newton och Anders Celsius.

2. Tro förr och vetenskap i dag

Vad är skillnaden mellan vetenskap och tidigare föreställningar om hur naturen fungerar? Ge exempel på tidigare föreställningar och hur de har förändrats tack vare vetenskapliga metoder.

3. Fysik och teknik

Vilken roll spelar matematik, fysik och teknik i utvecklingen av samhället? Ge exempel på positiva och negativa följder av användningen av fysik och teknik.

Bilden: Har tiden någon början? Och kommer klockan att fortsätta att ticka framåt i all oändlighet? Vad tror du?

Mätningar och mätinstrument

Klockan går framåt hela tiden, och alltid i samma takt. Vi blir alla äldre och äldre. Tiden är lätt att mäta men svår att förstå sig på. Här ska vi titta lite närmare på vad tid är och hur man mäter den. Vi undersöker också hur man gör andra vanliga fysikaliska mätningar, till exempel av vikt, temperatur och avstånd.

Ord och begrepp

Atomur är en klocka som använder en vibrerande atom för att mäta tiden.

Klocka är ett instrument som mäter tiden.

Massa beskriver hur många atomer som finns i ett föremål.

Solur är en klocka som använder solen för att visa tiden.

Temperatur är ett mått på hur varmt något är.

Tid är intervallet mellan två händelser.

Tidszon är ett område på jorden där tiden är densamma.

Timglas är en klocka som använder rinnande sand för att visa tiden.

Tyngd eller tyngdkraft är en dragningskraft från jorden som verkar på en kropp.

Värme är energi i form av vibrationer hos atomer och molekyler.

Världskartan visar hur mycket klockan är på olika platser på jorden. Eftersom dygnet är 24 timmar långt har man delat in jorden i 24 tidszoner, där tiden oftast skiljer sig en timme från nästa zon. När klockan är 13 på dagen i Sverige är den till exempel 1 på natten på andra sidan jordklotet. Välj ett land på kartan. Vad är klockan där just nu?

Tid

När du har roligt går tiden fort, men när du har tråkigt känns det som att tiden kryper fram. Även om dina upplevelser är olika flyter tiden alltid på i exakt samma takt. Det hade du lätt kunnat mäta med en klocka.

Det är inte lätt att förklara vad tid är och hur den har uppkommit. Men vi kan säga att tiden började samtidigt som universum skapades, i big bang. I dag vet vi att universum kommer att fortsätta att växa för evigt tills det blir oändligt glest och stort. Universum kommer alltså att bli allt äldre och tiden kommer att gå framåt i all oändlighet.

Den mest exakta klockan som finns drar sig bara 1 sekund på 10 miljarder år – det är dubbelt så länge som jorden har funnits!

Man kan alltså säga att tiden har en början men inte ett slut. I dag är universums klocka 13,8 miljarder år, samma som dess ålder.

Förr i tiden hade man inte behov av att kunna mäta tiden exakt. Man bestämde kanske att man skulle träffas ”när solen står som högst i

sommar”. I dag hade vi i stället bokat in ett möte i kalendern den 21 juni klockan 12:00. För tusen år sedan träffades man kanske många dagar innan och inväntade tidpunkten då solen nådde sin högsta höjd på himlen. Man hade en helt annan inställning till tiden och man var inte alls lika stressad som i dag.

Analoga och digitala klockor

Det finns både analoga och digitala klockor. Analoga klockor drivs av ett mekaniskt urverk och visar tiden på en urtavla med visare. Urtavlan är markerad med 12 timstreck runtom.

Digitala klockor visar tiden i timmar och minuter med siffror och räknar oftast från 0 till 24 timmar.

Klockan 13:20 på en digital klocka är samma tid som klockan 1:20 på en mekanisk klocka.

Titta på klockan. Hur lång tid är det tills skolan slutar för dagen?

Analog klocka.

Digital klocka.

Instrument för att mäta tiden

Länge räknade man tiden i Sverige lokalt på varje ort. Klockan 12 mitt på dagen inträffade då vid den tidpunkt när solen stod som högst på himlen. Men eftersom solen går upp i öster står solen som högst tidigare ju längre österut man kommer. Det betydde att lokaltiden varierade med nästan en timme över landet.

När man började resa med tåg blev det uppenbart att man behövde ha bättre koll på tiden. Annars kunde man inte göra tidtabeller för när tågen skulle avgå från de olika stationerna. 1879 införde man därför en gemensam tid för hela landet, normaltiden. Alla platser i hela landet hade från och med då samma tid, oavsett när solen stod som högst på himlen.

I dag används kvartsur och atomur för att mäta tiden. Atomur baseras på rörelsen hos en svängande atom och är därför mycket exakta.

Ett instrument som har använts länge för att bestämma tiden är soluret. Det kunde vara så enkelt som en pinne nedstucken i marken. Skuggan från solen blev kortast mitt på dagen, när solen stod som högst. Timmarna kunde ritas in med streck i de andra riktningarna.

Tidmätningen i ett atomur baseras på vibrationerna i en atom. Mer exakta klockor än så finns inte.

Timglas blev vanliga under medeltiden. Tiden mäts genom att sand rinner från den övre kammaren till den nedre.

Solur har använts i tusentals år för att mäta tiden. Skuggan kastas av en visare som pekar ut timmen på en urtavla.

Massa och tyngd

När du lyfter upp ett föremål behöver du ta i lite. Det beror på att alla föremål har massa. Massan beskriver hur många atomer av olika slag som finns i föremålet. Alla atomers sammanlagda massa är densamma som föremålets massa.

För att lyfta två kilo ost behöver du ta i dubbelt så mycket som när du lyfter ett kilo ost. Massan för den stora osten är 2 kilogram (kg), och massan för den lilla osten är 1 kg.

Massa är något som alla föremål har. Massan för den stora osten är 2 kg. Den stora osten är tyngre än den lilla osten – dubbelt så tung.

Om du skulle lägga osten på en våg skulle vågen visa 1 kg eller 1 000 gram (g). Att osten väger just så här mycket på jorden beror på tyngdkraften på jordens yta. Men på månen skulle samma våg visa bara 170 g. Det beror på att månen är mindre än jorden. Därför är tyngdkraften på månen mycket mindre.

På ett rymdskepp i omloppsbana runt jorden eller på väg till månen finns ingen tyngdkraft. Alla på rymdskeppet befinner sig i tyngdlöshet och flyter omkring fritt inuti rymdskeppet. Samma våg med samma ost på rymdskeppet hade alltså visat 0 g.

Men även om vågen visar 0 g i rymden så är ostens massa fortfarande 1 kg – antalet atomer i osten har ju inte ändrats bara för att den har skjutits upp med en raket!

Massa och tyngd är

inte samma sak

Massan beskriver hur många atomer som finns i ett föremål. Tyngden bestäms av den tyngdkraft som verkar på föremålet.

Temperatur och värme

Kanske finns det en termometer utanför fönstret där du är. Vad visar den?

Inomhus är det oftast omkring 20 grader. Om det snöar ute men snön smälter när den når marken är det kring 0 grader. Och en varm sommardag kan det vara 30 grader i skuggan.

Temperaturen mäts med en termometer. Temperaturen anges med enheten grad Celsius (°C). När temperaturen är 0 °C fryser vatten. När temperaturen är 100 °C kokar vatten. Under 0 °C blir allt vatten så småningom is och över 100 °C blir allt vatten ånga.

Ju högre temperaturen är, desto varmare är det. De flesta tycker nog att värmen är ganska lagom när termometern visar 20 °C. Luften inne-håller en viss mängd värme som beror på hur tät den är. Om luften hade varit mycket tunnare, som den är på mycket hög höjd, hade vi inte längre tyckt att 20 °C är lagom utan snarare för kallt. Hur kommer det sig?

Värmen transporteras med atomer som rör sig i luften. Ju fler atomer som rör sig, desto mer värme kan de transportera. Man kan säga att det är atomernas fart och antal som bestämmer värmen. Tunnare luft innehåller färre atomer och därför känns det kallare, även om atomerna rör sig lika fort.

Ute i rymden kan atomernas fart motsvara en temperatur på många tusen grader, men eftersom atomerna är så få är det iskallt där. Utan en skyddande rymddräkt hade man inte klarat sig.

Celsiusskalan

Anders Celsius var en svensk astronom som bodde i Uppsala och som levde 1701–1744. Han observerade norrsken, undersökte jordens form och gjorde experiment för att förstå omvärlden i stället för att bara försöka förstå den med tanken.

Han använde en temperaturskala där 100 grader motsvarade snöns smältpunkt och 0 grader vattnets kokpunkt. Efter Celsius död vände man på hans skala, så att den ser ut som i dag. Långt därefter fick detta sätt att mäta temperaturen namnet celsiusskalan. Anders Celsius.

Läs av temperaturen på termometrarna – vilken är varmast och vilken är kallast?

med, men kanske också för att mäta med.

En vanlig linjal är 30 centimeter (cm) lång, ungefär lika lång som ett vanligt papper. En meterstock är mycket längre, oftast 2 meter (m) och därför längre än en vuxen. Med de små strecken på linjalen kan du mäta så korta sträckor som 1 millimeter (mm).

Att mäta stora avstånd

I fysiken använder man också andra metoder än linjaler för att mäta längd. Det beror på att avstånden ofta är mycket stora.

Ett sätt är att använda ett föremåls storlek som måttstock. Om man vet att ett träd är 100 m bort måste det vara hälften så stort om det är 200 m bort, och en tiondel så stort om det är 1 000 m bort.

När man gör noggranna mätningar mäter man vinkeln av ett objekt i stället. Det kan man göra mycket exakt med en kikare. Om vinkeln mellan trädets fot och dess topp är 10 grader (10°) på 100 meters avstånd vet man att ett likadant träd har en vinkel på 1° på 1 000 meters avstånd.

vinkel 2 ⋅ V

vinkel V

avstånd A

avstånd 2 A

Tänk dig att du ser två likadana träd. Det närmaste trädet ser dubbelt så stort ut som det avlägsna trädet. Det närmaste trädets vinkel är 2V och det avlägsna trädets vinkel är hälften så stor, V. Då är avståndet till det avlägsna trädet dubbelt så stort (2A) som avståndet till det närmaste trädet (A).

Storheter och enheter

En storhet är något som kan mätas, som längd, massa och tid. En storhet anges med ett mätetal och en enhet.

Exempelvis hade världens tyngsta pumpa en massa på hela 1 226 kg. Här är massa en storhet, 1 226 ett mätetal och kg en enhet. Det är meningslöst att säga att världens tyngsta pumpa vägde 1 226 utan att ange enheten. Enheten måste alltid vara med.

SI-systemet är ett internationellt system för enheter för att alla ska kunna mäta en längd eller en vikt på samma sätt. SI-systemet har sju storheter.

Storheter och enheter förkortas ofta. På nästa sida hittar du några vanliga förkortningar av storheter och enheter som du kommer att träffa på i boken.

Några storheter och enheter

storhetens namn storhetens förkortning enhetens namn enhetens förkortning

längd l meter m

massa m kilogram kg

volym V liter l tid t sekund s

temperatur T grad Celsius °C

Sammanfattning

@ Tiden började samtidigt som universum skapades, i big bang för 13,8 miljarder år sedan.

@ Jorden delas in i 24 tidszoner, en zon för varje timme på dygnet.

@ Atomur är de mest exakta klockorna. De använder vibrationerna i en atom för att mäta tiden.

@ Massan beror på hur många atomer som finns i ett föremål och är densamma oavsett var föremålet är.

@ Vatten fryser vid en temperatur av 0 °C och kokar vid en temperatur av 100 °C

@ Man kan mäta små avstånd med linjal och stora avstånd med vinklar.

Vad är fysik? Mätningar och mätinstrument

Instuderingsuppgifter

1. Beskriv några olika sätt som man kan mäta tiden på. Varför är det viktigt att ha en gemensam tid, som normaltiden, i dagens samhälle?

2. Vad är en tidszon och varför har vi dem? Kan du hitta ett land på tidszonskartan där tiden är något annat än i Sverige just nu?

3. Vad är skillnaden mellan massa och tyngd? Varför känns en skiftnyckel inte lika tung på ett rymdskepp i omloppsbana som på jorden? Varför visar en våg olika mycket när man mäter tyngden på en ost på jorden, månen och i rymden?

4. Hur mäts temperaturen och vilken enhet används? Varför känns det kallare på hög höjd även om temperaturen är densamma?

5. Beskriv hur man kan använda vinklar för att mäta avstånd. Vilka antaganden kan man behöva göra när man inte kan mäta avståndet med en linjal eller ett måttband? Rita gärna en teckning som visar hur du menar.

6. Vad är skillnaden mellan en storhet och en enhet? Tack vare SI-systemet kan man använda samma enheter över hela världen. Vad är fördelen med det?

Aktiviteter

1. Två stenar Hitta två fina stenar utomhus.

a. Väg stenarna. Hur stor är skillnaden i massa mellan dem?

b. Vilket mätinstrument använder du?

c. Vilken enhet ska du använda?

d. Finns det någon annan egenskap som skiljer stenarna åt? Beskriv vilken. Hur mäter du den?

2. Instrument för att mäta tid Det finns många instrument som mäter tid. Välj ett av dem och samla fakta om det. Berätta till exempel om följande:

a. När och var uppfanns instrumentet, och av vem?

b. Hur fungerar det?

c. Vilka fördelar och nackdelar har det?

d. Används det i dag?

e. Har du själv använt det? I så fall, tycker du att det fungerar bra?

Skriv en uppsats och berätta om instrumentet. Illustrera med bilder eller teckningar.

LABORATION

Ett solur

Syfte

Att undersöka hur tid kan mätas med hjälp av solen.

Det här behöver du – Träplatta, gärna rund.

– Blompinne.

– Tuschpenna.

– Borrmaskin och borr.

– Vanlig klocka.

– Solen.

Gör så här

1. Borra ett hål i mitten av träplattan så att blompinnen kan fästas lodrätt.

2. Ställ plattan på en plats där den får stå i fred – när soluret är klart får man inte flytta det!

3. Vid varje jämnt klockslag gör du en markering i kanten på träplattan, på den plats där skuggan från blompinnen faller.

4. Det är bra att börja tidigt på morgonen och hålla på så länge som möjligt på dagen, gärna från soluppgång till solnedgång.

Frågor

1. När är skuggan som längst?

2. När rör sig skuggan som snabbast?

3. Jämför skuggans läge med timmarkeringarna efter en månad. Ser du någon skillnad jämfört med skuggans läge en månad tidigare?

Storlekar och avstånd

Syfte

Att undersöka förhållandet mellan ett föremåls storlek och dess avstånd.

Det här behöver du

– En utskriven bild på papper av bilden nedan eller en förstorad bild som du mäter på skärmen.

– En linjal.

– Papper och penna.

Gör så här

1. Mät storleken på det närmaste trädet (svart cirkel). Skriv upp storleken i millimeter i tabellen.

2. Mät storleken på det avlägsna trädet (röd cirkel). Skriv upp i tabellen.

3. Räkna ut hur mycket större det närmare trädet är på bilden jämfört med det avlägsna. Beskriv hur du räknar.

4. Räkna ut hur mycket längre bort det avlägsna trädet står jämfört med det närmaste. Beskriv hur du räknar.

5. Fyll i tabellen med avstånden till de två träden.

6. Välj två andra träd på bilden och gör samma beräkning. Beskriv varför du valde de två träden och hur du räknade ut skillnaden i avstånd.

Storlekar och avstånd

träd storlek (mm)

närmaste

längst bort

avstånd

Hur långt är det till träden längst bort jämfört med det närmaste?

Kapitel 2

Ljud och ljus

Vad är ljud?

Ljud finns överallt. Till exempel är din lärare och dina kompisar precis bredvid dig när ni pratar, men din favoritmusik finns i hörlurarna även om ingen sitter där och sjunger. Ljudet är förtätningar och förtunningar i luften. Därför hörs det inget ljud ute i rymden, där det är tomt.

I det här kapitlet får du lära dig om ljudets egenskaper.

Ord och begrepp

Decibel (dB) är en enhet som beskriver hur starkt ett ljud låter.

Ljud är vibrationer i luften som vi kan höra med örat.

Ljudhastighet är den fart som ljudet breder ut sig med i ett material.

Ljudstyrka är volymen på ett ljud.

Ljudvågor eller tryckvågor är områden som är omväxlande tätare och tunnare och som rör sig bort från ljudkällan.

Svängning eller vibration är något som varierar regelbundet, till exempel en ljudvåg som är omväxlande tät och tunn.

Ton är en regelbunden svängning i luften.

Tonhöjden är hög om en ton är gäll och låg om en ton är dov.

Vakuum är när det är helt lufttomt, som i rymden.

Bilden: Ljud skapas av många olika saker, till exempel musikinstrument.

Ljud

En helt vanlig skoldag väcks du av larmet på mobilen. På vägen till skolan hör du mängder av olika ljud.

– Om du bor på landet kanske du hör forsens brus, fågelkvitter eller en gren som knäcks på stigen.

– Om du bor i staden är det troligare att du hör biltrafik eller bullret från vägarbeten.

Allt är exempel på ljud. En del ljud är behagliga, andra är störande och vissa ljud kanske du inte ens tänker på.

Väl i skolan lyssnar du på läraren och pratar med dina kompisar. När du kommit hem kan det vara skönt att lägga sig i sängen, sätta på hörlurarna och bara koppla av.

Ljud är vibrationer

Anledningen till att du kan höra fågelkvitter, biltrafik eller din lärare prata är densamma som att du hör musik i hörlurarna:

Ljud är vibrationer i luften som vi kan höra med örat.

När du hör ett ljud beror det alltså på att luften vibrerar. När din lärare pratar sätts luften i klassrummet i rörelse och du hör vad läraren säger. När du lyssnar i hörlurarna är det högtalarna som svänger och sätter luften i rörelse.

Ljud kan alltså skapas genom att man orsakar vibrationer i luften, till exempel när man blåser i en flöjt. Ljud kan också skapas genom att man sätter ett föremål i svängning, till exempel en gitarrsträng. Den svängande strängen sätter i sin tur både gitarren och luften i rörelse så att luften vibrerar.

I rymden kan ingen höra dig skrika

Utan luft skulle vi inte kunna höra något ljud, och utan öron skulle vi inte ha något sinnesorgan att uppfatta ljudet med.

Ljud behöver nämligen något att förflytta sig i. Det kan vara en gas, en vätska eller ett fast föremål. Det måste finnas något som kan vibrera för att ljudet ska skapas. Detta “något” är atomer och molekyler.

I rymden är det nästan helt tomt. Atomerna är så få och ligger så glest att de inte kan förmedla något ljud. Man säger att det är vakuum i rymden.

Det betyder att det är helt tyst i rymden mellan himlakropparna, eftersom det inte finns något som kan transportera ljudvågorna. Astronauter i rymden måste därför använda mikrofoner, högtalare och radioantenner för att kommunicera – eller teckenspråk!

Tonhöjd och ljudstyrka

Tonhöjd

En kort gitarrsträng som vibrerar snabbt ger ifrån sig ljudvågor som svänger snabbt. Sådana hör vi som ”gälla” eller ”ljusa” toner: pling! Man säger att tonhöjden är hög.

En lång sträng som vibrerar långsamt ger ljudvågor som svänger långsamt. Vi hör en ”dov” eller ”mörk” ton. Man säger att tonhöjden är låg.

På motsvarande sätt sätts luften i rörelse i en flöjt eller i en orgel.

Ljudstyrka

Med ljudstyrka menar man hur starkt eller svagt ett ljud är. Ljudstyrka kallas också volym. En viskning har låg ljudstyrka och en kraftig smäll har hög ljudstyrka.

Det finns ljud som vi människor inte kan höra. Om ljudet har för hög tonhöjd kallas det ultraljud. Om det har för låg tonhöjd kallas det infraljud. Fladdermöss använder ultraljud för att inte krocka när de flyger.

Ett svagt ljud kan alltså bero på att ljudkällan avger ett ljud med låg volym (en viskning) eller att det är långt till ljudkällan (en kraftig smäll hörs knappt om man är långt bort).

Avståndet till ljudkällan påverkar ljudstyrkan. Eftersom ljudet blandar sig med ljud och brus från andra ljudkällor blir det svagare och otydligare ju längre bort det är. Till slut kan du inte uppfatta ljudet alls längre.

Decibel

Ljudstyrkan mäts i enheten decibel (dB). På denna skala motsvarar det svagaste ljud som man kan uppfatta 0 dB, ett rasslande löv cirka 15 dB och ett samtal med en kompis cirka 55 dB.

Vid smärtgränsen upplevs ljudnivån som en plåga. Då är ljudstyrkan omkring 120 decibel. Men redan långt under smärtgränsen kan man få hörselskador som inte försvinner, till exempel om man ofta lyssnar på hög musik i hörlurar. Då räcker det med en ljudstyrka på omkring 85 decibel.

jetplan startar

rockkonsert

siren polisbil

motorsåg

motorgräsklippare

hårtork

stadstrafik

dammsugare

normalt samtal

regn

fågelkvitter

tyst viskning

rasslande löv

Ljudstyrkan mäts i enheten decibel. En skillnad på 10 dB innebär att ljudet är dubbelt så starkt. Ljudstyrkan beror både på ljudkällans typ och på hur långt bort ljudkällan är från den som lyssnar. Redan vid 85 decibel (om man lyssnar på musik på hög volym i hörlurar) kan man få hörselskador. Vid 120 decibel upplever man ljudstyrkan som smärtsam.

En knölvalsunge kommunicerar med sina föräldrar och andra valar med hjälp av infraljud.

Ljud i olika material

Det är inte bara i luft som ljud breder ut sig. Ljudhastigheten är högre ju tätare materialet är. Hastigheten är lägst i gaser (till exempel luft) och högst i fasta material (till exempel järnvägsräls).

Det beror på att ljudet flyttas när atomer och molekyler krockar med varandra, precis som i luft.

– I luften är avståndet mellan molekylerna ganska stort. Därför tar det ganska lång tid för molekylerna att röra sig mellan varandra och kollidera. – I vatten är vattenmolekylerna mycket närmare varandra och ljudet rör sig snabbare.

– Allra tätast är molekylerna och atomerna ordnade i fasta material och kan därför mycket snabbt knuffa till sina grannar. Ljudet rör sig fort. Ljudets

Att mäta avstånd med hjälp av ljudet

Du kan avgöra hur långt det är till en blixt om du räknar tiden som går mellan att du ser blixten och hör åskknallen.

Ljudhastigheten i luft är drygt 300 meter per sekund. Eftersom det tar ungefär tre sekunder för ljudet att röra sig en kilometer kan du i lugn takt räkna:

“Ettusenett, ettusentvå, ettusentre …”

När du räknat klart har det gått ungefär 3 sekunder.

Om det exempelvis tar 6 sekunder mellan blixten och åskdundret är det drygt 2 kilometer till platsen för blixten.

Du kan också uppskatta avståndet till ett flygplan uppe i luften. Då räknar du hur många sekunder det tar från att planet är som närmast (det vill säga ser ut att passera högst på himlen) tills ljudet är som starkast.

Om det tar 15 sekunder från det att planet är som närmast tills ljudmullret hörs som bäst är avståndet omkring 5 kilometer.

Sammanfattning

@ Ljud skapas av vibrationer i luften.

@ Ljud är svårare att höra på långt håll för att det blandar sig med andra ljud och för att ljudstyrkan blir lägre.

@ Ljud uppstår när molekylerna vibrerar fram och tillbaka i takt med varandra och bildar förtätningar och förtunningar i luften.

@ Ett svagt ljud kan bero på att ljudkällan avger ett ljud med låg volym eller att det är långt till ljudkällan.

@ I rymdens vakuum kan inget ljud transporteras.

@ Vid smärtgränsen upplevs ljudet som en plåga. Då är volymen omkring 120 decibel, men man kan få hörselskador vid betydligt lägre ljudstyrkor.

@ Ljudets hastighet i luft är 340 meter per sekund.

Ljud och ljus

Vad är ljud?

Instuderingsuppgifter

1. Vad är ljud och hur uppkommer det?

2. Vad menas med en ljudkälla? Ge tre exempel på ljudkällor som finns på skolan.

3. Vad är skillnaden mellan tonhöjd och ljudstyrka? Hur påverkas ljudstyrkan av avståndet till ljudkällan?

4. Varför kan man inte höra något i rymden? Vad behövs för att ett ljud ska höras?

5. Vilken enhet används för att mäta ljudstyrka? Hur starkt måste ett ljud vara för att riskera att orsaka hörselskador?

6. Hur snabbt färdas ljud i luft, vatten och stål? Varför är det skillnad mellan olika ämnen? Förklara med hjälp av atomer och molekyler.

Aktiviteter

1. Hörselskador Lyssnar du på hög musik ibland? Är ljudnivån högre om du lyssnar i hörlurar eller om du lyssnar i ett rum med högtalare? Hur kan du skydda dig mot hörselskador? Diskutera med dina klasskamrater.

2. Vad är ljud?

Hur kommer det sig att du kan höra din lärare prata, fastän han eller hon står flera meter bort? Diskutera med en klasskamrat.

3. Ljudet beror på luftens molekyler

Undersök om ljudet beror på lufttrycket. Du behöver en ballong för att kunna göra aktiviteten.

a. Blås upp en ballong och knyt ihop den så att luften inte pyser ut.

b. Knacka lätt på ballongen med fingret och lägg ljudet på minnet.

c. Håll ballongen tätt intill örat och knacka lika hårt igen.

d. Jämför ljudet när ballongen är en bit ifrån örat med ljudet när den hålls mot örat.

e. Hör du någon skillnad? Beskriv.

f. Försök förklara din observation.

Burktelefon

Syfte

Att undersöka hur en burktelefon fungerar.

Det här behöver du

– Burkar, till exempel konservburkar eller plastmuggar.

– Lina som håller för att sträcka med kraft, till exempel ståltråd, fiskelina, textilgummiband eller garn.

– Spik.

– En klasskamrat.

Gör så här

1. Gör ett litet hål i botten på burkarna och trä igenom linan.

2. Knyt fast linan i spiken på insidan av burken så att linan inte dras tillbaka genom hålet.

3. Spänn linan och prata och lyssna omväxlande i burkarna.

4. Prova med olika långa linor i olika telefoner. Välj längder mellan 5 och 50 meter.

ljudvågor i luft

Så här använder du en burktelefon.

5. Prova med olika typer av linor.

6. Välj den burktelefon som fungerade bäst. Knyt fast ytterligare en lina någonstans på den första linan, med en burk i andra änden. Be en klasskamrat tala i den nya burken. Fungerar det?

Frågor

1. Hur kan ljudet transporteras i burktelefonen?

2. Varför har man burkar i varje ände av linan?

3. Vad kan hindra ljudet att komma fram i telefonen?

4. Spelar det någon roll vilken typ av lina man använder? Vad kan göra att ljudet transporteras dåligt i en viss lina?

5. Att prata och lyssna samtidigt är svårt. Hur kan man lösa det?

ljudvågor i lina spänd lina

ljudvågor i luft

plåtburk

Varifrån kommer ljudet?

Syfte

Att undersöka riktningen som ett ljud kommer från.

Det här behöver du

– Åtta mindre bägare.

– Åtta spikar eller gem.

– Ögonbindel eller halsduk.

– Öronproppar eller bomullstussar.

– Åtta klasskamrater.

Gör så här

1. En försöksperson sätter på sig ögonbindel (halsduk) och sätter sig på en stol mitt i rummet, vänd mot tavlan.

2. Åtta andra elever tar var sin bägare och varsin spik och ställer sig i en jämn ring kring personen på stolen: en rakt framför, en rakt bakom, en rakt till höger, en rakt till vänster och resten mitt i luckorna som bildas. Alla ska stå lika långt ifrån försökspersonen.

3. Läraren ritar upp hur eleverna står på tavlan: en i mitten och åtta i en ring runt omkring.

4. Läraren pekar på bilden för att visa vilken elev som ska släppa sin spik i bägaren.

5. Eleven med ögonbindel ska tydligt peka ut varifrån ljudet kommer.

6. Varje gång försökspersonen svarar rätt drar läraren en hel linje på tavlan från försökspersonen till eleven som släppte spiken.

7. Varje gång försökspersonen svarar fel drar läraren en streckad linje från försökspersonen till eleven som släppte spiken.

8. Upprepa försöket några gånger med olika försökspersoner och skrammel från olika håll.

Frågor

1. Vilken riktning var lättast att bestämma? Varför?

2. Låt försökspersonen sätta en öronpropp i ena örat och upprepa försöket. Blir det någon skillnad i mönstret på tavlan jämfört med tidigare? Varför?

3. Vad lärde du dig om hörseln av experimentet?

Bilden: Njupeskär i Dalarna är med sina 70 meter fritt fall Sveriges högsta vattenfall. Där är det aldrig tyst.

Musik och buller

Ljud finns runtomkring oss, överallt. En del ljud upplever vi som behagliga, andra som störande. Ljudet från olika instrument låter olika, så att man kan skapa skön musik. Och ibland kommer ljudet tillbaka, men då både svagare och otydligare. Har du funderat på varför det är så?

Ord och begrepp

Brus är ett svagt buller som hörs hela tiden, en blandning av många sorters ljud.

Buller är ett störande ljud som består av slumpmässigt blandade toner och är ofta högt och plötsligt.

Eko är när ett ljud reflekteras mot ett föremål och kommer tillbaka svagare och otydligare.

Frekvens eller tonhöjd är antalet svängningar per sekund i en ren ton.

Grundton är den lägsta tonen i en sammansatt ton.

Hertz (Hz) är enheten för frekvens eller tonhöjd.

Klang är alla övertoner som tillsammans skapar ett musikinstruments ljud.

Musik är en konstform där toner blandas till behagliga ljudupplevelser, en form av ordnat ljud.

Överton är en av många toner med olika frekvenser som tillsammans skapar en sammansatt ton.

En elgitarr har en alldeles egen klang.

Ton och klang

Man skiljer på en ton, som skapas när luften regelbundet vibrerar i samma takt, och ett ljud. Ett ljud kan vara en enstaka ton (ren ton) eller en blandning av toner (sammansatt ton).

En ren ton låter ”skarpt”. En sammansatt ton låter ”vackert” och består grundton och flera högre övertoner. Tillsammans skapar de musikinstrumentets klang. Olika musikinstrument har olika klang även om grundtonen har samma tonhöjd.

Tonhöjd

Enheten för tonhöjd är hertz, som betecknas Hz.

Tonhöjden anger hur många gånger per sekund som tryckvågen för en viss ton passerar förbi. Ju högre tonhöjd, desto tätare ligger tryckvågorna i luften.

Så här ser tonen A ut om man spelar den på en gitarr. Diagrammet visar hur starka grundtonen och övertonerna är, som tillsammans skapar gitarrens klang. Grundtonen är markerad med en röd prick och har tonhöjden 440 Hz. Övertonerna har högre tonhöjder men är inte lika starka.

Så här ser tonen A ut om man spelar den på ett piano. Jämfört med gitarren har pianot färre övertoner och det har inte lika höga tonhöjder. Därför har pianot och gitarren olika klanger, även om grundtonen är densamma.

Med en tongenerator kan man skapa en ton i vilken tonhöjd som helst. Tonen ettstrukna A har du säkert hört talas om. Det är en ton som används för att stämma musikinstrument. Ettstrukna A har tonhöjden 440 hertz (Hz).

Hur klangen låter beror på vilket instrument man spelar tonen på. Om man spelar tonen ettstrukna A på en gitarr eller en trumpet så är tonhöjden densamma. Men tonerna låter olika eftersom de olika övertonerna har olika ljudstyrkor i förhållande till varandra.

Eko – studsande ljud

Ett eko är när ett ljud reflekteras – ”studsar” – mot ett föremål. Du har kanske skrikit ”EKO” i en tunnel och hört svaret:

EKO EKO EKO

Men ekot kan också skapas när ljudet studsar mot ett hus eller ett skogsbryn.

Det är lätt att höra ett eko vid en mindre sjö en stilla sommarkväll, om det finns en skog eller en bergvägg på andra sidan sjön. Om man ropar något kommer ropet strax tillbaka, svagare och lite otydligare.

Anledningen till att ekot inte är lika tydligt som ursprungsljudet är att det har studsat på föremål på lite olika avstånd. Ekot kommer tillbaka vid lite olika tillfällen och blir därför otydligt.

utsänd ljudvåg

ljudkälla

föremål

reflekterad ljudvåg

Ljudet studsar på ett föremål och kommer tillbaka som ett eko.

Buller och brus

Ett ljud som är en blandning av många ljudvågor med olika toner och ljudstyrkor brukar kallas buller eller brus. En sådan oren ton uppfattas som störande. Buller låter oftast högt och brus lågt.

Vi kan bara höra ekot från föremål som är mer än 17 meter bort. Om de är närmare blandas ekot med det utsända ljudet så att vi bara hör ett ljud.

Kan du tänka dig hur det låter?

En fors brusar fram i ödemarken och skapar ett ljud …

... inte helt olikt den ständiga biltrafikens. Vilket brus tycker du är mest behagligt? Varför?

Buller

Med buller menar man ljud som på något sätt är störande. Det kan vara en dörr som slår igen, en bergborr eller droppande vatten. Alla uppfattar inte ljud som buller – någons buller kanske är en annans musik.

Buller utgörs ofta av hårda, snabba och oregelbundna ljud med olika ljudstyrkor och klanger.

Brus

Man kan säga att brus är ett ”försiktigt” buller. Bruset kan vara en blandning av många sorters ljud. När man lyssnar till ett vattenfall hör man exempelvis ett ljud som består av många samtidiga, dova toner. Man hör ofta bruset i bakgrunden som ett lågt ljud, en ”ljudmatta”.

Om det sitter en sjungande fågel vid sidan av vattenfallet kan det vara svårt att urskilja fågelsången i det kraftiga bruset från vattenfallet. En signal från fågeln som man vill höra drunknar i bakgrundsbruset från vattenfallet. Det är så man ofta upplever brus.

Sammanfattning

@ Ett ljud kan vara en enstaka ton eller en blandning av toner.

@ En ren ton som låter ”vackert” består nästan alltid av en grundton och flera högre övertoner.

@ Klangen i ett musikinstrument skapas av många övertoner med olika ljudstyrkor.

@ Olika musikinstrument har olika klang även om grundtonen har samma tonhöjd.

@ Enheten för tonhöjd är hertz som anger hur många gånger per sekund som tryckvågen för en viss ton passerar förbi.

@ Buller är en blandning av hårda, snabba och oregelbundna toner med olika ljudstyrkor.

@ Man kan säga att brus är ett ”försiktigt” buller, en blandning av många sorters ljud som pågår länge.

Ljud och ljus

Musik och buller

Instuderingsuppgifter

1. Vad är skillnaden mellan en ton och ett ljud?

2. Vad menas med låg och hög tonhöjd? Vad är enheten för tonhöjd och vad innebär den?

3. Vad menas med att olika musikinstrument har olika klang? Varför har till exempel ett piano och en gitarr olika klang även om tonen är densamma? Vad är det som skiljer ljudet från de två instrumenten åt?

4. Hur uppkommer ett eko? Varför är det inte lika tydligt som ursprungsljudet?

5. Vad är skillnaden mellan buller och brus? Varför kan brus göra det svårt att höra andra ljud?

Aktiviteter

1. Eko

Vad är ett eko? Hur kommer det sig att du får ett eko om du ropar mot en vägg en bit bort? Hur kan du räkna ut avståndet till väggen med hjälp av ekot?

2. Musikljud

Hur kommer det sig att olika musikinstrument låter på olika sätt? Vilket instrument tycker du låter vackrast? Varför?

3. Stämma i glas Undersök hur tonhöjden kan varieras Du behöver åtta dricksglas, vatten, en blyertspenna och ett musikinstrument eller en tongenerator.

a. Ställ alla dricksglasen på en rad.

b. Fyll glasen med olika mycket vatten.

c. Slå på glasens utsidor med blyertspennan.

d. Försök att stämma glasen så att de ger dig en skala från tonen C till tonen C en oktav högre. Ta hjälp av musikinstrumentet.

e. Sedan är det bara att spela.

f. Försök förklara varför vattenmängden har betydelse.

Bilden: På natthimlen ser stjärnorna ut som prickar eftersom de är så oerhört avlägsna. Hur ljus en stjärna är beror på både hur mycket ljus den strålar ut och hur långt bort den är.

Vad är ljus?

Tänk dig att du ligger i sängen och tittar på film på datorn. Det kan vara helt mörkt i rummet, men skärmen lyser och du kan se filmen. Om du hade legat i mörkret och försökt läsa en bok hade du inte sett mycket – du behöver en lampa för att se boken.

Men hur fungerar egentligen ljus? Varför kan du se en film i ett mörkt rum men inte läsa boken utan en lampa?

Här får du lära dig vad ljus är och vad det innebär att se saker och ting.

Ord och begrepp

Foton är en ljuspartikel. Energin på fotonen avgör vilken färg ljuset har.

Ljus består av fotoner, små energirika partiklar som ögat kan uppfatta.

Ljuskälla är ett föremål som avger sitt eget ljus.

Ljusstyrka är ett mått på hur starkt något lyser.

Reflektion betyder att ljus studsar mot en yta.

Skugga är området bakom ett föremål som inte belyses av en ljuskälla.

Syn är det sinne som gör att man kan se och uppfatta ljus.

Ljuskällor

Exempel på ljuskällor är solen, en glödlampa, ett lysrör eller en tändsticka. En ljuskälla bildar och skickar ut fotoner.

Fotonen är ett mycket litet energiknippe som färdas fortare än någonting annat. I tomma rymden är hastigheten 300 000 kilometer per sekund. En foton färdas alltså en sträcka som motsvarar sju varv runt jorden varje sekund!

En ljuskälla är ett föremål som producerar sitt eget ljus. Vilka av de åtta bilderna visar ljuskällor? Vilka föremål syns tack vare reflekterat ljus?

Ljus behövs för att se något

Att förstå hur ljus fungerar är en spännande resa. Du kan tänka dig att ljus består av en massa ljuspartiklar, var och en med lite energi. Ljuspartiklarna kallas fotoner.

För att du ska se något måste fotonerna träffa ditt öga. Ju fler fotoner som träffar ditt öga, desto starkare ljus ser du. Om det inte finns några fotoner ser du helt enkelt inget – det är mörkt.

Ljuskällor

Anledningen till att du kan se en film på datorn i mörkret är att skärmen är en ljuskälla, något som avger ljus. Fotonerna från datorskärmen träffar ditt öga – och du ser filmen.

Men hur är det med att läsa en bok? Boken avger inte ljus, men det gör lampan. Fotonerna från lampan träffar boken och studsar tillbaka mot dig för att till slut nå dina ögon. Sådant ljus kallas reflekterat ljus.

Det är faktiskt så att allt du ser antingen är en ljuskälla, alltså något som avger ljus, eller ett föremål som fotonerna från en ljuskälla har reflekterats mot.

Jordens skugga på månen under en månförmörkelse. Här är solen ljuskällan. Var befinner sig solen?

Skuggor

Om du sätter handen framför en lampa kommer den att blockera en del av ljuset och kasta en skugga på väggen. Om du håller handen långt från lampan blir skuggbilden liten men skarp. Om du flyttar handen närmare lampan blir skuggan stor men suddigare.

Titta på din egen skugga på marken en solig dag. Nära fötterna är skuggan skarpare än längre bort, där skuggan av ditt huvud är. Detsamma händer om du ställer dig i skuggan från en gatlykta. Står du närmare lampan är din skugga skarpare än om du ställer dig långt från gatlyktan.

Varför bildas skuggor

Hur kommer det sig att skuggor bildas över huvud taget? Varför passerar inte ljuset rakt genom handen?

Jo, atomerna i handen fångar upp en del av fotonerna och omvandlar dem till värme i kroppen. Om du håller handen vid en lampa känner du snart att handen blir varm. En del av fotonerna studsar också tillbaka i olika riktningar utan att bli värme.

Varför passerar ljuset rakt genom en glasruta?

Att glaset är genomskinligt betyder att ljuset inte fångas upp av glaset utan går rakt igenom. Det bildas alltså ingen skugga.

Om du lyser med en ficklampa på kompisen som står framför en vägg skapas en skugga. Om kompisen står långt bort, nära väggen, blir skuggan ganska liten och skarp.

Om kompisen står närmare dig blir avståndet till väggen större. Då blir också skuggan större. Samtidigt blir skuggan suddigare.

Ljus kan reflekteras

Om inget stör ljusets bana går fotonerna rakt fram. Men om de stöter på något hinder kan de reflekteras, ändra riktning eller fångas upp.

Ljuset från en gatlampa en mörk kväll reflekteras i asfalten. Du ser en diffus fläck. Om du tittar ut genom ett fönster från ett ljust rum kan du se en bild av dig själv och taklampan som reflekteras i glasrutan.

Spegelbilden är tydlig eftersom glasrutan är alldeles slät. Alla ljusstrålar från rutan färdas mot dig i samma riktning. En bild av taklampan syns.

Men i asfalten ser du bara en diffus fläck eftersom den är ojämn. Ljusstrålarna tar alla möjliga riktningar bort från asfalten. Bilden blir otydlig.

Ljuset från en gatlykta som reflekteras i asfalten är diffust och otydligt. Tittar man på fläcken ser man ingen tydlig bild av lampan, till skillnad från när man tittar i en spegel. Ljuset studsar bort från marken i alla möjliga riktningar eftersom marken är ojämn.

Om man tittar ut på ett ljust landskap genom en fönsterruta ser man både sin egen reflektion och världen utanför.

Spegelbilder

Antagligen tittar du dig i en spegel varje dag. Spegeln består av en glasskiva med ett tunt skikt aluminium på baksidan. Aluminiumet är till för att ljuset ska studsa tillbaka mot dig och för att bilden ska bli klar och ljus. Nästan allt ljus som faller in mot aluminiumet studsar nämligen tillbaka igen.

Tänk dig att du tittar in i spegeln och ser din egen spegelbild. Spegelbilden ser ut att ligga en bit in i spegeln, bakom den speglande ytan. Den ligger lika långt bakom spegeln som den sträcka du står framför spegeln.

Till exempel ser du dina egna fötter i spegelbilden, men hur går det till? Eftersom ljuset alltid går rakaste vägen kan vi rita upp strålar från dina fötter som studsar i spegeln och når dina ögon. På samma sätt kan vi rita strålar från din hand som studsar i spegeln och når dina ögon. Spegelbilden skapas alltså tack vare oräkneliga reflekterade ljusstrålar från din kropp som studsar i spegeln och når dina ögon.

Tänk dig nu att du tar bort spegeln. Tänk dig också att du har en tvilling som är en exakt spegelbild av dig. Om tvillingen stod på samma ställe som spegelbilden hade du inte märkt någon skillnad om du tog bort spegeln eller om du lät den stå kvar. Spegelbilden av dig själv hade

Spegelbilden av dig själv ser ut att vara lika långt bakom spegeln som du står framför. En ljusstråle från foten studsar i spegeln och når ditt öga. Men det ser ut som att strålen når ditt öga från en punkt bortanför spegeln, där din spegelbild står.

Ta bort spegeln och placera din spegelvända tvilling på samma ställe som din spegelbild. Du märker ingen skillnad. Ljusstrålen från tvillingens fot tar samma väg till ditt öga som den stråle som kom från din spegelbild.

sett ut att befinna sig på exakt samma plats som din tvilling. Om du ritar ut strålarna från din tvillings fötter till dina ögon ser du att de följer precis samma väg som strålarna som studsar i spegeln och skapar din spegelbild.

Sammanfattning

@ Ljus består av en massa ljuspartiklar som kallas fotoner, var och en med en liten gnutta energi.

@ Ljuset färdas 300 000 kilometer på en sekund – sju varv runt jorden!

@ Ju fler fotoner som träffar ditt öga, desto starkare ljus ser du.

@ Alla saker du ser är antingen ljuskällor eller något som reflekterar ljuset.

@ En lampas ljusstyrka beror både på dess avstånd och

på hur många fotoner den strålar ut.

@ En skugga är mindre och skarpare nära ljuskällan och suddigare och större långt från ljuskällan.

@ Att ljus reflekteras betyder att det studsar mot ett föremål.

@ En reflektion kan vara skarp som i en spegel eller diffus som i den våta asfalten.

@ En spegelbild skapas i en yta om den är helt blank och slät.

Ljud och ljus

Vad är ljus?

Instuderingsuppgifter

1. Vad menas med en ljuskälla? Ge tre exempel. Ge också tre exempel på saker som lyser men som inte är ljuskällor.

2. Sortera in sakerna i två grupper: ljuskällor och inte ljuskällor. Cykellyse, meteor, regnbågen, ljuset från ett nyckelhål, satellit, LED-lampa, reflexen från en spegel, planeten Venus, ficklampa, solen, halogenlampa, självlysande klistermärke, gatlykta, månen.

3. Vad är ljus? Vad heter den partikel som hör ihop med ljuset?

4. Beskriv två saker som påverkar hur ljust ett föremål är.

5. Beskriv hur en skugga uppkommer. Rita gärna en bild.

6. Vad händer med skuggan när avståndet mellan föremålet och skuggan blir större?

7. Vad menas med att ljuset reflekteras? Varför är reflektionen ibland skarp och ibland diffus?

8. Tänk dig att du står framför en spegel och ser din spegelbild. Förklara hur spegeln fungerar. Varför ser du en skarp bild av dig själv?

Aktiviteter

1. Spegel

Häng upp en spegel på en vägg i klassrummet. Ställ dig vid din bänk.

a. Finns det något ställe i klassrummet som du inte kan se i spegeln? Varför?

b. Flytta dig runt i klassrummet och titta på bilden i spegeln. Är det fortfarande någon del av klassrummet som du inte kan se i spegeln?

2. Ljuskällor

Om du tittar dig omkring ser du mängder av ljuskällor. De har olika färger och olika ljusstyrkor. De flesta ljuskällor har också ett syfte.

a. Gör en lista över så många ljuskällor som möjligt.

b. Kan du hitta något samband mellan ljuskällornas färg, ljusstyrka och syfte?

c. Ser du något som lyser som inte är en ljuskälla? Förklara varför det inte är en ljuskälla.

d. Vilka ljuskällor är naturliga? Vilka är konstgjorda?

Bilden: Hur uppkommer alla färger i naturen? I detta vackra höstlandskap uppkommer färgerna genom att ljuset sprids, fångas upp och reflekteras i luften, träden och vattnet. Allt började med vitt ljus från solen!

Färger

Alla färger i naturen kommer från solstrålarna. Solen verkar inte ha någon särskild färg, men när solstrålarna träffar himlen, marken och träden händer något. Ljuset bryts, reflekteras och tas upp av alla föremål, som då får en färg. Här ska vi titta närmare på hur det går till.

Ord och begrepp

Absorption betyder att ljus tas upp av en yta.

Brytning betyder att en ljusstråle ändrar riktning när den går från ett ämne till annat.

Prisma är en ofärgad glasbit med plana sidor som kan användas för att bryta en ljusstråle.

Reflektion betyder att ljus studsar mot en yta.

Spektrum bildas när ljuset delas upp i färger med olika energi. Rött ljus har minst energi och violett ljus har störst energier.

Spridning sker när en foton kolliderar med en atom och sedan rör sig i en annan riktning.

Absorption

Att ljus absorberas betyder att det fångas upp. Energin i ljuset kan inte bara försvinna. Det omvandlas till värme i det material som absorberar ljuset.

Hur uppkommer färgerna?

Färgerna skapas när fotoner med olika energier fångas upp av ett ämne. När ljuset fångas upp säger man att det absorberas. Resten av ljuset studsar tillbaka, reflekteras. Det ljus som reflekteras skapar de färger vi ser med våra ögon.

Gröna och röda äpplen

Det vita solljuset innehåller alla regnbågens färger.

När solljuset träffar ett grönt äpple är det bara det gröna ljuset som reflekteras och studsar tillbaka mot våra ögon. De andra färgerna absorberas av äpplets skal och omvandlas till bland annat en liten gnutta värme. Därför ser ett grönt äpple grönt ut.

Det är skalets sammansättning, alltså molekylerna som bygger upp skalet, som bestämmer vilka färger som reflekteras och vilka som absorberas.

Ett rött äpple absorberar de gröna och blå färgerna i ljuset och reflekterar de röda. Därför ser ett rött äpple rött ut.

Äpplet ser grönt ut eftersom bara det gröna ljuset reflekteras i äpplet.

Om man tar bort färgerna från verkligheten kan det se lite underligt ut. Känner du igen motivet om du bara hade sett de röda, gröna eller blå färgerna?

Ljus kan ändra riktning

Ljus kan ändra sin riktning genom att brytas. Det händer till exempel när ljuset går från luft till glas.

Ljuset rör sig med mycket hög hastighet i tomrum. När ljuset går genom tätare ämnen som luft, vatten eller glas rör det sig lite långsammare. När ljuset ändrar sin hastighet ändrar det sin riktning lite grann.

Ljuset delas upp i färger eftersom ljuset bryts i glasbiten. Rött ljus bryts minst och blått ljus bryts mest. Det gör att färgerna i det vita ljuset delas från varandra, så att de blir synliga.

Färgskalan som bildas kallas spektrum. Vitt ljus består av färgerna rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Synligt ljus är en blandning av dessa färger.

Spegel, spegel på väggen där …

En spegel består av glas och aluminium. Den är väldigt bra på att reflektera nästan allt ljus som kommer in. Den reflekterade bilden visar därför alla färger på nästan samma sätt som om de inte hade reflekterats.

Den ljusa regnbågen är röd på utsidan och violett på insidan. Det beror på att vattendroppar bryter solljuset i olika riktningar, ungefär som ett prisma.

Regnbågens färger

En vit ljusstråle som kommer in i ett prisma bryts till ett spektrum med alla regnbågens färger. Ljusstrålen bryts både när den kommer in i prismat och när den lämnar prismat. Den röda delen av ljuset bryts minst och den blå delen mest.

Du har säkert sett regnbågen många gånger. Den bildas när solljuset lyser på små vattendroppar och bryts och reflekteras i dem, ungefär på samma sätt som i ett prisma. Olika färger i det vita ljuset bryts olika mycket. Det är därför som regnbågen består av krökta band av olika färger och inte av en tunn båge av enbart vitt ljus.

Ljuset bryts när det passerar en glasbit. I ett prisma bryts vitt ljus en gång när det går in i glaset och en gång till när det går ut ur glaset. Det vita ljuset består av olika färger. De röda färgerna bryts minst och de blå mest. På så sätt skapar prismat ett spektrum som innehåller alla färger i det vita ljuset.

Ljusets brytning

Man kan jämföra ljusets brytning i ett prisma med en lådbil som kör in på en gräsmatta. När det första hjulet når gräset ökar motståndet och framhjulen vrider sig. När båda hjulen nått in på gräset fortsätter bilen i den nya riktningen.

Lådbilens hastighet är också lägre på gräset än på asfalten. Detsamma gäller ljusstrålen – ljushastigheten är lägre i glaset än i luften, och det är detta som gör att ljuset ändrar riktning.

När lådbilens framhjul når gräsmattan svänger bilen, precis som ljusstrålen när den går in i prismat.

Ljusets brytning i vatten

Brytning uppkommer till exempel om en ljusstråle träffar vatten. Titta på ett sugrör som står i ett glas vatten. Ovanför vattenytan lutar sugröret i en brantare vinkel än under vattenytan.

Att ljusstrålen bryts beror på att ljuset går långsammare i vatten än i luft. Det är ljusets förändring i hastighet som gör att ljuset bryts.

Himlens färger

Molekylerna i luften påverkar ljuset på ungefär samma sätt som ett prisma, men i luften sker det genom ett fenomen som kallas spridning.

Varför är himlen blå?

Den blå delen av ljuset som kommer från solen sprids bort från strålen och ut mot resten av himlen. Alla andra färger stannar däremot kvar nära strålen och blandar sig inte med det blå spridda ljuset. Spridningen sker när fotonerna kolliderar med atomerna och molekylerna i luften.

Därför är den klara himlen blå, oavsett i vilken riktning du tittar.

Varför är solnedgången röd?

Den röda solnedgången då, hur uppkommer den? Jo, när solen står lågt på himlen går solljuset genom ett så tjockt luftskikt att inte bara de blå färgerna sprids bort från ljusstrålen utan även de gröna och gula. Himlen är fortfarande ganska blå, men kvar i ljusstrålen finns bara de röda strålarna.

Om du tittar bort från solen ser du solstrålarna från sidan. Solstrålarna krockar med atomerna och molekylerna i atmosfären. Den blå delen av ljuset sprids i alla möjliga riktningar, till exempel in i dina ögon. Alla andra färger i solljuset fortsätter rakt fram. Det är därför himlen är blå på dagen.

Om du tittar mot solen när den står nära horisonten ser den ofta rödaktig ut. Det beror på att allt blått ljus i solstrålarna sprids bort från solen, ut i alla möjliga riktningar på himlen. Kvar blir de röda färgerna i solljuset. Ju tjockare atmosfär som solen skiner genom, desto rödare blir bilden av solen.

Om det är mycket stoft och partiklar i luften sprids alla färger utom de röda bort. Därför ser solen ibland röd ut vid horisonten.

Titta aldrig rakt mot solen!

Solen är mycket stark – tittar du för länge på den finns det risk för ögonskador.

Det är bara om solens skiner svagt genom moln eller syns svagt på en mycket röd himmel som du kan titta på den ett kort ögonblick. Om himlen är röd ser du att även solen är röd.

Ljus som vi inte kan se

Värmen från ett föremål är också en typ av ljus, men vi kan inte uppfatta värmen med ögonen utan bara med känseln. Värme har mycket lägre energi än synligt ljus. Den formen av ljus kallas infrarött ljus. Radiovågor är också ljus som har lägre energi än vanligt ljus. Ultraviolett ljus (UV-ljus) som vi blir solbrända av är däremot en form av ljus som är mer energirikt.

Både mobilen och Wi-Fi-nätverket använder osynligt ljus. De skickar och tar emot signaler med hjälp av radiovågor.

Mantisräkan ser många fler färger än människan.

Djur kan se fler färger än människan

Många djur har sinnesceller som reagerar på saker i omgivningen som människan inte kan uppfatta. Vissa fåglar, fiskar och insekter kan se ultraviolett strålning.

Många ormar kan se infraröd strålning. De ser alltså värmen från sitt bytesdjur och kan därför lätt se det även om det är mitt i natten.

Mantisräkan har det mest avancerade färgseendet man känner till. Den har många fler typer av synceller än människan och kan därför se fler färger och även ultraviolett ljus.

Men också andra sinnen hos djuren kan vara annorlunda. Fladdermöss kan höra ultraljud. En del fiskar kan känna av elektriska fält och flyttfåglar kan känna av jordens magnetfält.

Sammanfattning

@ Solen ser vit ut, men dess ljus är en blandning av alla de färger vi kan uppfatta med ögonen.

@ Fotonernas energi avgör vilken färg ljuset har. Med stigande energi är färgerna: rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett.

@ Färgerna skapas när fotoner med olika energier fångas upp av ett föremål. Ljuset absorberas.

@ En del av ljuset studsar tillbaka när det träffar ett föremål, reflekteras. Det ljus som reflekteras ger den färg vi ser med våra ögon.

@ Ljus kan ändra riktning genom att brytas. Rött ljus bryts minst och blått ljus bryts mest.

@ Regnbågens färger uppstår när

solljuset bryts i vattendroppar. Färgskalan kallas ett spektrum

@ Ljushastigheten är lägre i glas än i luft. Det gör att ljuset bryts och ändrar riktning.

@ Den blå delen av solstrålarna sprids bort från strålen och ut mot resten av himlen. Därför är den klara himlen blå överallt.

@ När solen står lågt på himlen passerar solstrålarna genom så mycket luft att nästan alla färger utom de röda sprids bort. Därför ser solen röd ut.

@ Värme och radiovågor är ljus med lägre energi än det synliga ljuset.

@ Ultraviolett ljus och röntgenstrålning är ljus med högre energi än det synliga ljuset.

KAPITEL 2

Ljud och ljus

Färger

Instuderingsuppgifter

1. Vilka färger finns i vitt ljus? Varför blir ljuset vitt trots att det innehåller många olika färger?

2. Hur kan man se att vitt ljus består av olika färger?

3. Förklara hur färg och våglängd hänger ihop.

4. Vad menas med ett spektrum? Förklara hur ett prisma kan användas för att skapa ett spektrum.

5. Hur uppstår regnbågens färger?

6. Varför har olika föremål olika färger? Varför är vissa äpplen gröna och andra röda? Förklara genom att använda ordet absorption.

7. Varför är himlen blå?

8. Varför är solen ibland röd nära horisonten?

9. Beskriv hur ett sugrör ser ut när det står i ett glas vatten och man tittar på glaset från sidan. Vad är det som händer? Vad kallas fenomenet?

10. Förklara vad ljusbrytning är och hur det uppkommer.

11. Vilka former av ljus kan vi inte se med ögat? Vad heter det ljus som gör att vi blir solbrända? Vad heter det ljus som gör att vi känner värme?

Aktiviteter

1. Färger

Gå på färgjakt i skolan! Försök att hitta ett föremål i var och en av regnbågens färger. Fotografera gärna föremålen.

Jämför de färger du har hittat med de din klasskamrat har hittat. Är ni överens om att färgerna är desamma? Om ni tycker olika, vad beror det på?

2. Färger som djur ser Det finns många djur som ser fler eller andra färger än vi människor. Välj ett djur och sök efter information om hur det ser och uppfattar färger. Arbeta med en klasskompis och berätta om det ni har funnit.

3. Gör en regnbåge Skapa en konstgjord regnbåge. Du behöver en sprejflaska med vatten och solljus eller en stark lampa.

a. Ställ in munstycket på sprejflaskan så att en fin dimma bildas.

b. Ställ dig med ryggen mot solen och vänd dig mot något mörkt, som en stor buske eller en mörk vägg.

c. Spreja vattnet framför dig.

d. Beskriv vad du ser.

e. Försök förklara vad som händer.

Vitt ljus består av många färger

Syfte

Att visa att vitt ljus består av flera färger.

Det här behöver du

– Pennor med följande färger: rött, orange, gult, grönt, blått, indigo, violett.

– Vitt papper.

– Kartong.

– CD-skiva.

– Lim.

– Sax.

– Syl eller spik.

– Grovt snöre eller skosnöre, minst 2 meter långt.

Gör så här

1. Lägg CD-skivan på ett vitt papper och rita runt kanten och i centrumhålet med en penna.

2. Rita sju lika stora tårtbitar i cirkeln. Färga tårtbitarna med de sju färgerna.

3. Klipp ut cirkeln ur papperet (men klipp inte ut centrumhålet på cirkeln).

4. Klipp ut en lika stor kartongbit.

5. Limma papperet på kartongen med färgerna uppåt.

6. Gör två hål med sylen på den lilla centrumcirkeln. Hålen ska vara på motsatta sidor om cirkelns mitt.

7. Trä snöret genom det ena hålet och tillbaka genom det andra hålet.

8. Knyt ihop snörändarna så att två stora öglor bildas på varje sida av skivan.

9. Dra i snöret och justera skivans läge så att öglorna är lika stora.

10. Håll i ändarna på snöret och snurra snöret och skivan runt i luften så att skivan börjar rotera.

11. Sätt fart på rotationen genom att om vartannat dra i snörändarna och släppa efter. Snöret kommer att snurras runt sig självt och bli kortare när det snurrar ihop sig och längre när det snurrar ut sig.

12. Titta på skivan när den roterar.

Frågor

1. Beskriv vad du ser när skivan snurrar fort.

2. Förklara vad som händer.

3. Vad visar experimentet?

LABORATION

Solens och himlens färger

Syfte

Undersök varför solen blir röd när den går ner och varför himlen är blå.

Det här behöver du

– Stark ficklampa.

– Ofärgad, genomskinlig behållare.

– Vatten.

– Mjölk.

Gör så här

1. Fyll behållaren med vatten.

2. Lys med ficklampan genom behållaren.

3. Titta på lampan genom behållaren och skriv ner lampljusets färg.

4. Observera hur lampans ljus ser ut från sidan och notera färgen.

5. Häll 4 milliliter mjölk i behållaren och rör om. Häll på mer mjölk tills lampljuset ändrar färg.

6. Observera lampan igen, både framifrån och från sidan, och skriv ner vad du ser.

Frågor

1. Vilken färg har lampan när du tittar på den framifrån och från sidan genom det rena vattnet?

2. Vilken färg har lampljuset när du tittar mot lampan genom mjölkvattnet? Försök förklara det du ser.

3. Vilken färg har lampljuset om du tittar på ljusstrålen från sidan? Försök förklara det du ser.

4. Vad har experimentet med röda solnedgångar och den blå himlen att göra?

Bilden: Allt som händer på jorden sker på grund av energi som ursprungligen kommer från solen. Solenergin driver allt från vattnets rörelse till norrskenets flammande sken.

Vad är energi?

Solen och alla andra stjärnor är enorma kosmiska kraftverk. Nästan all energi som finns på jorden kommer på ett eller annat sätt ursprungligen från solen, oavsett om det är i form av ljus, vind, gas eller olja.

Energin kan inte skapas och den kan inte ta slut. Däremot kan den omvandlas mellan olika former, precis som en del av solljuset har omvandlats till olja.

Men vad är egentligen energi?

Ord och begrepp

Energi är ett mått på ett föremåls möjlighet att röra sig och måste tillföras om man vill att något ska hända.

Energiomvandling innebär att energin omvandlas från en form till en annan när den utnyttjas.

Energiprincipen säger att energi inte kan skapas eller förstöras.

Kemisk energi är energi som binds eller frigörs när en kemisk reaktion sker.

Kärnenergi är energi som frigörs när atomkärnor faller sönder eller slås samman.

Lägesenergi är energi som ett föremål har genom sitt läge, till exempel höjden över marken.

Rörelseenergi är energi som ett föremål har för att det rör sig.

Strålning är energi i form av vågor eller partiklar.

Värme är energi i form av vibrationer hos atomer och molekyler.

För att något ska hända måste energi tillföras. Ett föremål som inte har värme eller annan energi är helt stilla.

En bil som rör sig har rörelseenergi.

Energi

Är du full av energi? Eller behöver du ny energi för att orken är slut? Ordet energi kan användas på många sätt:

– En chokladkaka är energirik.

– Husets årliga energiförbrukning är 20 000 kWh.

– ”Jag är så trött, jag har förlorat all energi ...”

Att du känner dig full av energi betyder inte att du precis har ätit en rejäl lunch utan snarare att du är på gott humör och har lust att göra något. Energi är kort sagt ett begrepp som är svårt att definiera, men vi kan lite förenklat uttrycka det som förmågan att utföra arbete. Energi måste tillföras om man vill att något ska hända.

Varifrån kommer energin?

Har du funderat på varför vinden och vattnet rör sig, varför blommorna knoppas på våren eller varifrån bensinen på bensinstationen kommer?

Allt detta har vi solen att tacka för.

Vinden blåser för att solen värmer upp jordytan, blommorna växer tack vare att fotosyntesen använder solens strålar och bensinen kommer från sedan länge döda växter och djur.

Energi kan inte skapas eller förstöras

När du kokar en kastrull med vatten på elspisen blir elektriciteten i spisplattan värme i kastrullen, vattnet och ångan. Energin i elen övergår alltså till energi i form av värme.

Detta är en alldeles speciell egenskap hos energin – den kan inte skapas eller försvinna. Däremot kan den övergå från en form till en annan, till exempel från elektricitet till värme.

Energi kan inte nyskapas eller förstöras, bara omvandlas. Detta kallas energiprincipen.

Energiformer

Nästan all energi på jorden kommer ursprungligen från solen. Energin i solstrålarna kan omvandlas från en form till en annan. Den kan också lagras i olika former på jorden.

Det är denna energi som vi människor omvandlar till andra energiformer för att resa, värma upp eller kyla ner våra hus, laga mat och göra många andra saker.

För att förstå hur detta fungerar ska vi se hur solens energi kan lagras i olika former och hur de används i vårt samhälle.

I solens inre frigörs strålningsenergi. Nästan all energi på jorden kommer från solen.

Kemisk energi

Kemisk energi är energi som finns lagrad i alla ämnen. Några exempel på ämnen där kemisk energi kan lagras är trä, bensin och mat. Energin frigörs när vi eldar veden, förbränner bensinen eller äter maten.

Exempel: kemisk energi

När solstrålarna träffar levande växter omvandlas en del av energin i solstrålningen till kemisk energi i växterna. Detta kan ske genom att olika sockermolekyler byggs upp i växten. När ett djur äter växten övergår den kemiska energin till djuret.

En annan möjlighet är att växten dör utan att någon har ätit upp den. Då omvandlas växtdelarna efter tusentals år till olja eller naturgas där den kemiska energin lagras.

Växter innehåller kemisk energi.

Ett hopp från en trampolin innehåller rörelseenergi.

Lägesenergi

Ju högre upp ett föremål befinner sig, desto större lägesenergi får det. Om du kliver upp på en stol har du alltså ökat din lägesenergi.

Exempel: lägesenergi

En del av energin som kommer från solen värmer upp vattnet i haven som då avdunstar och bildar moln på himlen. Solens energi har lyft upp vattnet till en högre höjd och på så sätt ökat vattnets lägesenergi. Molnen rör sig sedan, och vattnet i molnen kan falla som regn uppe i bergen.

Rörelseenergi

Allt som rör sig har rörelseenergi. Om du hoppar ner från en stol ökar din hastighet – rörelseenergin ökar.

Exempel: rörelseenergi

Solen värmer upp olika platser på jorden olika mycket. Varm luft som stiger uppåt gör att ny luft blåser in från sidan och skapar vindar. Att luften rör sig innebär att den innehåller rörelseenergi.

På samma sätt är det med vattnet i floderna och älvarna. När solen har lyft upp vattnet till molnen har vattnets lägesenergi ökat. När det faller till marken som regn övergår en del av lägesenergin till rörelseenergi.

Värme

En speciell form av rörelseenergi är värme. Att ett föremål blir varmt innebär att atomerna och molekylerna i materialet vibrerar snabbare.

Exempel: värme

När du gnider händerna mot varandra kommer molekylerna i huden att vibrera snabbare och du känner att händerna blir varma.

Strålning

I solen slås små atomer samman och bildar andra större atomer, samtidigt som lite strålning släpps fri. En del av denna strålning når oss som solljus.

En varm spisplatta sänder ut strålning.

I ett kärnkraftverk tillverkas elektricitet med hjälp av kärnenergi.

Kärnenergi

I ett kärnkraftverk kan man säga att det motsatta till strålning sker – stora atomer slås sönder och energi frigörs. Kärnenergin är den enda energiformen som inte kommer från solen.

Elektrisk energi

För ungefär 200 år sedan kom man på att man kan omvandla rörelseenergi till elektrisk energi med hjälp av en generator. Du har kanske en generator på din cykel, fast då kallas den oftast dynamo.

Omvandlingen från rörelseenergi till elektrisk energi gör det lätt att transportera energin från ett ställe till ett annat. Denna viktiga energiomvandling är grunden till det samhälle vi lever i. I Sverige flyttar vi elektrisk energi från älvarna i norr och kärnkraften i söder till städer i hela landet.

Olika energiformer energiform exempel

elektrisk energi

kemisk energi

kärnenergi

lägesenergi

rörelseenergi

strålning

elektroner som rör sig

kemiska ämnen i mat och dryck

kärnreaktioner i kärnkraftverk eller stjärnor

ett föremål lyfts ett stycke uppåt

föremål som rör sig

solljus och radiovågor värme

värmen i ett föremål

Sammanfattning

@ Energi måste tillföras om man vill att något ska hända.

@ Energi kan lagras i olika energiformer. När energin används kan den övergå från en energiform till en annan.

@ Kemisk energi finns lagrad i alla ämnen, som trä, bensin och mat. Kemisk energi är lätt att transportera och använda.

@ Ju högre upp ett föremål befinner sig, desto större lägesenergi har det.

@ Allt som rör sig har rörelseenergi. Ju högre fart, desto större rörelseenergi.

@ I ett material med större värmeenergi vibrerar atomerna och molekylerna snabbare.

@ I kärnreaktioner frigörs kärnenergi, alltså energi som finns lagrad i atomkärnor. I stjärnorna frigörs strålningsenergi när lätta atomer slås samman. I kärnkraftverk frigörs värme när tunga atomer klyvs.

@ Elektrisk energi är elektroner i rörelse, till exempel i kraftledningar som transporterar elektrisk ström från ett vattenkraftverk.

Energi och miljö

Vad är energi?

Instuderingsuppgifter

1. Hur kan du på ett enkelt sätt förklara begreppet energi?

2. Varifrån kommer nästan all energi på jorden?

3. Beskriv följande begrepp:

a. kemisk energi

b. lägesenergi

c. rörelseenergi

d. kärnenergi

e. elektrisk energi

f. strålningsenergi

g. värmeenergi.

4. Kalle sparkar till en boll.

a. Vilken energiform överför Kalles ben till bollen när han sparkar till den?

b. Ökar eller minskar bollens rörelseenergi i det ögonblick Kalle sparkar till den?

5. Vilka energiformer saknas i de olika händelserna? Skriv rätt energiformer i stället för bokstäverna.

a. När solstrålarna träffar levande växter omvandlas en del av solens

A till B i växterna.

b. Om en växt dör omvandlas den efter tusentals år till olja eller naturgas där C lagras.

c. En del av D från solen värmer upp vattnet i haven genom E som då avdunstar och bildar moln på himlen.

d. Vattnet i molnen bildar droppar med F. När vattendropparna blir tillräckligt stora och faller förvandlas energin till G.

e. Varm luft som stiger uppåt får alltmer H. När ny luft blåser in från sidan bär vindarna med sig J.

f. När du gnider händerna mot varandra kommer K i händerna att övergå till L.

g. När bensinen i bilmotorn förbränns omvandlas M i bränslet till N i motorn och O när bilen rullar.

Aktiviteter

1. Energi i form av värme Gnugga dina händer mot varandra. Varför blir de varma? Diskutera med en klasskamrat.

2. Studsboll

Om du släpper en studsboll mot marken kommer den att studsa lägre och lägre för varje studs. Till slut slutar den att studsa. Varför? Diskutera med en klasskamrat.

Bilden: Värme uppstår när den kemiska energin i veden omvandlas till strålning.

Värme

Du är ute och tältar sent i oktober och det har börjat bli kyligt och kallt. Förhoppningsvis har du en tjock tröja på dig, men på kvällen är det skönt att tända en brasa för att hålla dig varm.

När du tältade i juni var det annorlunda – du gick i shorts och tunn T-shirt och det var så varmt att du svettades.

Båda exemplen handlar om kyla och värme. Kyla är egentligen bara mindre värme. I det här avsnittet ska vi titta på vad värme är och hur värme flödar.

Ord och begrepp

Isolator eller värmeisolator är ett material som inte leder värme.

Konvektion är när värme överförs genom rörelser i gaser och vätskor.

Strålning är energi i form av vågor eller partiklar.

Värme är energi i form av vibrationer hos atomer och molekyler.

Värmeledare är ett föremål som är bra på att transportera eller lagra värme.

Värmeledning eller ledning är när värme överförs i ett fast material.

Värmeöverföring är när värme går från ett varmt till ett kallt föremål. Det kan ske genom ledning, konvektion eller strålning.

Vad är värme?

För att kunna förstå vad värme är måste vi först förstå vad ”kallt” och ”varmt” innebär.

I något som är varmt vibrerar atomerna och molekylerna snabbare än i något som är kallt. Atomerna och molekylerna har alltså mer energi i något som är varmt.

Vad är värmeöverföring?

Värmeöverföring är när värme går från ett föremål till ett annat. Värmeöverföring går alltid från något som är varmare till något som är kallare. Det finns tre sorters värmeöverföring:

– värmeledning (ledning)

– konvektion

– strålning.

Koka vatten

När du häller vatten i en kastrull och kokar upp vattnet sker alla tre formerna av värmeöverföring.

När du slår på spisen värms först undersidan av kastrullen upp. Ledning är när värme överförs mellan spisen och kastrullens undersida.

Efter ett tag börjar vattnet att koka. Konvektion är när värme överförs genom att vattnet rör sig.

Om du håller handen ovanför locket känner du att handen blir varm. Det är värmestrålning som egentligen är en form av ljus.

Tre former av värmeöverföring.

En värmekamera kan mäta temperaturen på ett föremål. Riktar man kameran mot ett hus kan man se var isoleringen är bäst och värmeledningen är lägst.

Värmeledning

Ledning eller värmeledning är överföring av energi genom värme. Ledning sker när atomerna i föremålet vibrerar och stöter till varandra. Då överförs rörelseenergi från en atom till en annan, och denna rörelse sprider sig genom hela materialet. Ju snabbare atomerna vibrerar, desto varmare blir föremålet och ju mer värme kan överföras.

Bra och dåliga värmeledare

Vissa ämnen är bättre på att leda värme än andra. Om du har råkat bränna dig på en bakplåt vet du att metall är en bra värmeledare. Därför tar du på dig ett par ugnsvantar. Ugnsvantarna är bra isolatorer.

Även en tjock tröja är en bra värmeisolator. Den håller kylan ute genom att värmen från kroppen värmer upp luften i de små luftfickorna i materialet. Luftfickorna rör sig inte och tröjan behåller därför värmen länge.

Värmeledningen påverkar hur varmt något känns

Det är faktiskt så att luften inne i ugnen och metallplåten har samma temperatur, men du bränner dig ju inte på luften. Varför? Eftersom värme är atomer som rör sig och kolliderar tar det olika lång tid för energin att ledas i metallen och i luften. I en metall sitter atomerna nära varandra och värmen sprids snabbt. I ugnsvantarna eller luften är atomerna långt från varandra och värmen sprids långsamt.

Värmekameran visar att husets väggar släpper igenom mycket värme genom ledning – de är nämligen röda. Fönsterrutorna är däremot kalla och håller alltså värmen kvar i huset.

Varför känns vissa saker varma och andra kalla?

Din kroppstemperatur är ungefär 37,5 °C. Eftersom värmeöverföringen alltid går från högre till lägre temperaturer kommer du att bränna dig på en bakplåt som har stått i ugnen. Energin går snabbt ut från metallen till ditt finger.

Däremot bränner du dig inte på luften i ugnen (fastän den är varm) eftersom energin överförs så långsamt till ditt finger.

På motsvarande sätt känns en bakplåt i rumstemperatur (20 °C) kall om tar i den eftersom energin rör sig snabbt ut från ditt finger till bakplåten (du har ju högre temperatur än bakplåten).

Värmeisolering

Ibland vill man hindra att värme läcker ut, till exempel från ett hus. Då använder man isolerande material eller isolatorer. En typ av isolerande material som man ofta använder när man bygger hus är mineralull. Det är ett fluffigt material som är tillverkat av fibrer av sten eller glas. Det har massor av små utrymmen där luften står stilla. Stillastående luft leder värme mycket sämre än luft som rör sig. Om man lägger skivor av mineralull i väggar, golv och tak gör man det svårare för värmen att passera. Man säger att man värmeisolerar huset.

Mineralull i golvet på ett hus ger bra värmeisolering.

Tropiska djur behöver värme. I terrarier har man därför värmelampor som sänder ut värmestrålning.

Konvektion

Du kanske har sett hur luften dallrar över en varm skorsten eller över het asfalt en solig sommardag. Den varma skorstensröken stiger uppåt och blandas med den kalla ytterluften. Den varma asfalten värmer upp kallare luft vid markytan och får den att röra sig.

Konvektion är när värme överförs genom att något rör sig. I vatten som värms upp är det vattenmolekylerna som rör sig. Rörelsen sker på grund av att temperaturen varierar i vattnet.

Luftens konvektion styr alla vädersystem. När kall gas sjunker och varm gas stiger kan skillnader i temperatur jämnas ut.

Strålning

Strålning är när energi transporteras med hjälp av fotoner, alltså elektromagnetisk strålning. Två exempel på elektromagnetisk strålning är vanligt ljus som vi kan se med ögonen och värmestrålning som vi tycker är varmt.

Eftersom solljuset har energi börjar molekylerna i din hud att röra sig – om du är ute en solig dag blir du varm. Samma sak händer om du håller

handen vid sidan av ett stearinljus. Ju längre tid du håller handen nära lågan, desto varmare blir handflatan. Värmestrålningen är osynlig, men du känner värmen.

Om du går ut en kall dag kommer det motsatta att hända – du avger värmestrålning till omgivningen och börjar frysa. Det är därför du tar på dig en tröja.

Sammanfattning

@ Värmeöverföring är när värme går från ett föremål till ett annat.

@ Värmen går alltid från det varmare till det kallare föremålet.

@ Ledning eller värmeledning är överföring av energi genom värme.

@ Ledning sker när atomerna i föremålet vibrerar. Ju varmare föremålet är, desto snabbare vibrerar atomerna och ju mer värme kan överföras.

@ Med isolerande material eller isolatorer gör man det svårare för värmen att överföras.

@ Konvektion är när värme överförs genom att atomer och molekyler förflyttar sig.

@ Strålning är när energi transporteras med hjälp av fotoner, alltså elektromagnetisk strålning.

Energi och miljö

Värme

Instuderingsuppgifter

1. Hur uppkommer värme?

2. Vad menas med värmeöverföring?

3. En kall vattenflaska står i ett varmt rum. Vad kommer att hända med temperaturen på vattnet?

4. Varför känns vissa föremål varma att röra vid medan andra känns kalla?

5. Vilka är de tre slagen av värmeöverföring?

6. Vad menas med att ett föremål är en god värmeledare?

7. Hur kan man försvåra för värmen att lämna ett hus?

8. Beskriv vad konvektion är. Var träffar du på konvektion en vanlig dag?

9. Beskriv vad strålning är. Var träffar du på strålning en vanlig dag?

10. Vilken typ av värmeöverföring sker när du kokar en kastrull med vatten?

11. Varför är metall en bättre värmeledare än skumplast?

12. Varför använder man värmeisolering?

Aktiviteter

1. Material och värme i klassrummet Undersök värmeledningen i olika material. Du behöver ett klassrum med olika föremål, termometer, papper och penna.

a. Mät temperaturen i klassrummet.

b. Känn med handen på olika material som finns i ditt klassrum.

c. För varje föremål, anteckna färg, form, hur ytan känns och vilken typ av material det är (trä, metall, plast eller något annat).

d. Vilken temperatur har sakerna i klassrummet jämfört med termometerns värde?

e. Ser du något samband mellan olika material och hur varma eller kalla de känns?

f. Vilka material använder man när man bygger hus? Varför?

2. Varmt te

Om du dricker en kopp te kan du få vattnet att svalna genom att röra i det med en sked eller genom att blåsa på ytan. Vilka typer av värmeöverföring sker då?

LABORATION

Värme i föremål

Syfte

Att undersöka värmeledningen i olika material.

Det här behöver du

– Kastrull med vatten.

– Tång, typ degeltång.

– Värmeplatta.

– Sten.

– Träbit.

– Järnföremål.

– Termometer.

Gör så här

1. Lägg ner järnföremålet, träbiten och stenen i vattnet och sätt på plattan. Ett tips är att lägga stenen på träbiten så att alla tre föremålen är under vatten.

2. Låt allt koka en stund så det går att anta att alla tre föremålen har samma temperatur som det 100-gradiga vattnet.

3. Ta upp järnsaken, stenen och träbiten med en tång och lägg dem på ett bord.

4. Känn försiktigt på de tre föremålen med fingertopparna.

Frågor

1. Vilket föremål är varmast och vilket är kallast?

2. Varför är föremålen inte lika varma?

Varm och kall metall

Syfte

Att undersöka vad som händer med metaller när temperaturen varierar.

Det här behöver du

– Kula och ring.

– Brännare.

– Bägare med kallt vatten.

Gör så här

1. Visa att kulan lätt passerar genom hålet i ringen.

2. Se till att tända brännaren på rätt sätt.

3. Håll kulan över lågan någon minut och testa igen att få den genom hålet.

4. Kyl kulan i vatten och gör om försöket.

Frågor

1. Förklara vad som händer med metallen när den blir varm.

2. Förklara vad som händer med metallen när den kyls ner.

3. När är det viktigt att ha kunskap om hur metaller beter sig om de värms upp eller kyls ner?

Bilden: I världens stora städer, som Shanghai i Kina, används enorma mängder energi för uppvärmning, belysning och kommunikation.

Energikällor och hållbar utveckling

Om du hade levt för 200 år sedan hade du inte använt särskilt mycket energi. Då fanns inga TV-apparater eller datorer, inga element, kylskåp, spisar eller glödlampor och inga bussar, bilar eller flygplan.

Den energi du hade använt hade varit i form av mat till dig och djuren på gården, ved att elda med och kanske lite olja till fotogenlampan.

I dagens samhälle behöver vi däremot använda enorma mängder energi för att vardagen ska fungera.

Ord och begrepp

Energikälla är något i naturen som kan omvandlas till energi som ljus, rörelse eller värme.

Fossila bränslen är bränslen som mest består av kolföreningar och som är rester av djur och växter som levde för länge sedan.

Förnybara bränslen är bränslen som är framställda från förnybara energikällor.

Förnybara energikällor eller flödande energikällor är energikällor som kan användas för att framställa el och värme utan att de tar slut.

Hållbar utveckling innebär att ett samhälle fungerar på ett sådant sätt att tillgångarna räcker för människor även i framtiden.

Lagrade energikällor eller icke-förnybara energikällor finns lagrade i jordskorpan och har bildats under miljontals år.

Återanvändning är när man använder förbrukade varor eller förpackningar många gånger.

Återvinning är när man använder gammalt material för att tillverka nya saker.

I Sverige kommer det mesta av energin från fossilfria bränslen. I resten av världen kommer den mesta energin från fossila bränslen. Den elektricitet som vi producerar i Sverige kommer nästan helt från fossilfria källor.

Energi i Sverige

och i världen

Den största delen av världens energi används i de rika länderna. Räknat per invånare är Sverige ett av de länder i världen som använder mest energi.

Det beror bland annat på att vissa industrier förbrukar väldigt mycket energi. Dessutom är klimatet kallt, vilket betyder att husen måste värmas upp. I varmare länder används i stället mycket energi för att kyla ner byggnaderna.

Den största delen av energin i världen framställs ur fossila bränslen: olja, kol och naturgas. På landsbygden i många fattiga länder är ved, gödsel och andra biobränslen viktiga.

I Sverige får vi i dag den mesta energin och elen från två icke-fossila energikällor: vattenenergi och kärnenergi. Dessa står tillsammans för nästan tre fjärdedelar av energibehovet. Värme får man oftast genom att bränna fossila bränslen och biobränslen. Fossila energikällor ersätts alltmer av förnybara och långsiktigt hållbara energikällor som vindenergi, solenergi och biobränslen.

kondensation

solstrålning

förångning

uppvärmning

nederbörd

rörelseenergi

sjö lägesenergi damm

elektrisk energi

vattenkraftverk

I naturen och samhället omvandlas och används energi i många steg. I princip all energi vi använder på jorden kommer från solen.

Stenkol är det smutsigaste fossila bränslet.

Energikällor

Varje gång du laddar din mobil behövs elektrisk energi. Den elektriska energin görs naturligtvis inte i eluttaget utan kommer från en energikälla.

En energikälla är något i naturen som kan omvandlas till energi i form av ljus, rörelse eller värme. Exempel på energikällor är råolja och vind.

Man brukar skilja på två sorters energikällor:

– lagrade energikällor

– förnybara energikällor.

Lagrade energikällor

I jordskorpan finns lagrade energikällor. Exempel på det är fossila bränslen som naturgas, råolja och stenkol. De har bildats av växt- och djurrester som har omvandlats under miljontals år. Nuförtiden tar vi upp dem ur marken och använder dem i mycket snabbare takt än de bildades. Därför kallas de också icke-förnybara energikällor.

Oljan och naturgasen kommer troligen att vara slut om 30–50 år. I de flesta länder försöker man därför få både individer och företag att förbruka mindre energi och använda förnybara och miljövänliga energikällor.

Andra lagrade energikällor är uran som används till kärnbränsle och  geotermisk energi som är värme på stort djup i berggrunden eller varmt vatten i underjordiska källor. De har inte bildats av djur och växter och hör därför inte till de fossila bränslena.

Kärnbränsle från kärnkraftverk avger farlig radioaktiv strålning. Det använda kärnbränslet måste förvaras i hundratusentals år så att människor inte skadas. Många vill därför stänga kärnkraftverken.

Lagrade energikällor

Lagrade energikällor som räknas som fossila

råolja

en fossil energikälla som oftast pumpas upp ur marken och som kan raffineras till bland annat bensin, diesel och fotogen; fortfarande det viktigaste energislaget

naturgas en fossil energikälla som pumpas ur underjordiska gasfickor och följer med vid oljepumpning; det renaste av de fossila bränsleslagen

kol

en fossil energikälla som bryts i gruvor under jord eller i dagbrott på marken; det näst viktigaste energislaget

Lagrade energikällor som inte räknas som fossila

geotermisk energi viktig i många vulkaniska områden; ger bergvärme, varmt vatten och elenergi

kärnenergi

uran används som bränsle i kärnkraftverk för att utvinna elenergi

Geotermisk energi kan utvinnas i områden med vulkaner. Här ses en kraftstation på Island.

Förnybara energikällor

Förnybara energikällor kallas också flödande energikällor. Energin kommer ursprungligen från solen. Den förnybara energikälla som används mest i Sverige är vattenenergi, men vindenergi byggs snabbt ut.

Man kan också utvinna energi från den solvärme som finns lagrad i marken (jordvärme) för att värma upp hus och från växter och djur (biogas) till fordonsbränsle. Ny teknik, som vågkraftverk, håller på att utvecklas för att man ska kunna använda den enorma mängd energi som finns i vågorna och havsströmmarna.

Under de senaste åren har nya material tagits fram som har gjort solceller billigare och mer effektiva. En solcell omvandlar solens strålningsenergi direkt till elektrisk energi. Numera ser man ganska ofta solceller på hustaken.

Förnybara energikällor

vattenenergi används för elproduktion och är sedan länge den viktigaste hållbara energikällan i Sverige

bioenergi biogas utvinns från matrester och annat organiskt material

vindenergi ett viktigt hållbart energislag som ger elenergi och som ökar snabbt

solenergi elproduktion sker både i stora solcellsparker och med paneler på hustak

Solceller blir allt effektivare och billigare.

Vindkraftverk är den näst vanligaste hållbara energikällan.

Symbolen för återvinning hittar du på många saker i affären.

Hållbar utveckling

Med hållbar utveckling menar man att hushålla med jordens resurser så att de inte tar slut och att inte förstöra livsvillkoren för barn, barnbarn och senare generationer. Några exempel:

– Vi kan använda mindre energi genom att sänka temperaturen inomhus, släcka belysning och stänga av apparater som inte behövs. Vi kan också isolera husen så de behåller värmen bättre.

– Vi kan återvinna och återanvända mer och köpa färre nya saker. Plast, metall och elektronik måste återvinnas bättre så att vi inte behöver öppna så många nya gruvor eller tillverka ny plast av olja. Kläder som vi inte använder kan vi skänka bort till andra som behöver dem.

– För att bevara den biologiska mångfalden kan vi plantera nya växter och spara en del gamla träd när vi avverkar skog. Den enorma skogsskövlingen i Amazonas och andra skogar måste också upphöra.

– När man gödslar jordbruksmark ska man använda lagom mängd och rätt typ av gödsel för att undvika övergödning och försurning av skog och vatten.

– När man fiskar från stora fartyg kan man använda fiskeredskap som inte skadar bottenlivet och inte fångar de små fiskarna, som ännu inte har hunnit fortplanta sig.

– Bilar och andra fordon som drivs av bensin och diesel kan bytas ut mot bränslesnålare bilar eller elbilar. Nya flygplan och fartyg måste drivas av miljövänliga biobränslen och el i stället för fotogen och olja.

– Vi kan handla varor som odlas eller tillverkas lokalt, så att transporterna blir kortare.

Att använda mindre plast och att återanvända den plast vi har är bra för miljön och vår framtid.

En hållbar framtid

Det pratas mycket om att vi måste skapa en hållbar framtid, men vad kan du själv göra för att bli långsiktigt hållbar?

Du kan gå, cykla och åka buss och tåg i stället för att åka bil.

Du kan källsortera soporna hemma och på så sätt återvinna papper, glas, burkar, kläder och batterier så att inte miljön smutsas ner.

Många saker går också att återanvända, till exempel glasflaskor och kläder.

Huset kan isoleras bättre och värmas upp med förnybara bränslen eller fossilfri el för att minimera utsläpp av växthusgaser.

Du kan också försöka minska mängden el och vatten som du använder.

Tänk också på att allt som låter miljövänligt inte behöver vara det. Elcykeln kallas ofta för miljöcykel, men den är ju bara bra för miljön om man byter från en fossildriven bil till en elcykel. Batterierna är svåra att tillverka och att återvinna och många slängs i stället för att återvinnas. Det är inte miljövänligt.

Om man byter från cykel till elcykel kräver elcykeln elektrisk energi, och den måste ju tillverkas någonstans. Använd en vanlig cykel, kollektivtrafiken eller dina egna ben i stället. Det är bättre för din hälsa och för miljön.

Sammanfattning

@ Den största delen av energin i världen framställs ur fossila bränslen: olja, kol och naturgas.

@ En energikälla är något i naturen som kan omvandlas till energi i form av ljus, rörelse eller värme.

@ Fossila energikällor har bildats av växt- och djurrester som har omvandlats under miljontals år, men vi använder dem i mycket snabbare takt än de bildas.

@ Fossila energikällor ersätts alltmer med förnybara och långsiktigt hållbara energikällor som vindenergi, solenergi och biobränslen.

@ I jordskorpan finns lagrade energikällor, till exempel fossila bränslen som naturgas, råolja och stenkol, men också uran och geotermisk energi.

@ Förnybara energikällor kommer ursprungligen från solen, som vattenenergi, vindenergi och solenergi.

@ I Sverige får vi i dag den mesta energin och elen från två icke-fossila energikällor: vattenenergi och kärnenergi.

@ Med hållbar utveckling menar man att hushålla med jordens resurser så att de inte tar slut och att inte förstöra livsvillkoren för kommande generationer.

Energi och miljö

Energikällor och hållbar utveckling

Instuderingsuppgifter

1. Vad menas med en energikälla?

2. Vad är en förnybar energikälla? Ge tre exempel.

3. Vad är en icke-förnybar energikälla? Ge tre exempel.

4. Vilka problem finns med användning av fossila bränslen?

5. Vilka två icke-fossila energikällor används mest i Sverige?

6. Vad är solceller och vad är deras funktion?

7. Sortera energikällorna i olika kategorier. En energikälla kan förekomma i två eller flera kategorier.

Kategorier: fossila, icke-fossila, förnybara, icke-förnybara, lagrade.

Energikällor: vindenergi, solenergi, vattenenergi, vågenergi, bioenergi, geotermisk energi, stenkol, olja, naturgas, kärnenergi.

8. Vad menas med hållbar utveckling?

9. Varför är det viktigt att återvinna batterier?

Aktiviteter

1. Energianvändning

För att fler människor ska få det bättre på jorden behöver vi spara energi. Fundera på din egen energianvändning. Hur skulle du kunna bli mer energismart?

2. Undersök en energikälla

Välj en energikälla som används i Sverige. Ta reda på information genom att läsa NE:s uppslagsverk, söka på nätet och besöka skolbiblioteket.

a. Skriv en uppsats om energikällan. Berätta om

– hur den har uppstått

– om den är förnybar eller inte, och varför

– vilka energislag eller bränslen som kan tillverkas av den

– hur den når ditt hem eller den plats där den ska användas

– hur viktig den är i Sverige.

b. Har du egna erfarenheter av din valda energikälla? Berätta.

c. Finns energikällan i din kommun?

Kapitel 4

Vädret på jorden

Bilden: Vädret i Sverige är väldigt omväxlande eftersom landet är utsträckt i nord–sydlig riktning. Här slår blixten ner under ett åskoväder i Västmanland.

Vad menas med väder?

När du öppnar ytterdörren för att gå till skolan en kall och blåsig novembermorgon önskar du säkert att du hade bott på en plats där klimatet är bättre.

Vädret och klimatet varierar kraftigt över jorden, från heta öknar till iskalla polarregioner. Men vad är egentligen anledningen till detta? Varför är det så varmt och skönt i Thailand och så kallt här?

Ord och begrepp

Atmosfären är luftlagret som omger jorden.

Högtryck är ett område i atmosfären där lufttrycket är högre än i områden i närheten.

Klimat kallas den vädertyp som är normal för en plats.

Klimatförändring är förändringar i klimatet, alltså det som sker med vädret under många års tid.

Lufttryck är det tryck som orsakas av luftens tyngd.

Lågtryck är ett område i atmosfären där lufttrycket är lägre än i områden i närheten.

Moln består av vattendroppar och iskristaller som svävar i luften.

Nederbörd är vatten som faller från moln som regn, snö eller hagel.

Vind är luft som förflyttar sig.

Väder är vinden, molnigheten, nederbörden och temperaturen på en viss plats vid en viss tid.

Väderprognos är en beräkning av hur vädret kommer att bli i framtiden.

Väder och klimat

Med väder menar vi hur temperaturen, molnigheten, vinden och nederbörden varierar från dag till dag. Väder kan också vara frost, dimma, åska, solsken och mycket mer. Vädret växlar från timme till timme och från årstid till årstid.

Med klimat menar vi hur det genomsnittliga vädret varierar över en längre tid. Klimatet förändras långsamt så att jordens temperatur ökar. Anledningen är att människan under lång tid har använt fossila bränslen. Den koldioxid som släpps ut i luften vid förbränningen värmer upp atmosfären.

Klimatet på en viss plats avgörs av många saker, till exempel avståndet till ekvatorn, höjden över havet, årsnederbörden, vindarna och närheten till havet. Den viktigaste faktorn är mängden solstrålning som når jordytan och som också är grunden till allt väder.

vinter

vår höst

I polartrakterna står solen oftast lågt. Under den långa polarnatten går solen inte upp alls. Eftersom väldigt lite solstrålning träffar marken värms den upp dåligt. I polartrakterna är det oftast minusgrader och det mesta av livet finns under isen.

Solljuset bestämmer klimatet på jorden

Medeltemperaturen för en plats på jorden bestäms till största delen av mängden solstrålning som når marken.

Eftersom jorden är rund kommer solstrålarna att falla in mot jordytan rakt uppifrån vid ekvatorn. Där kan solen snabbt värma upp mark, vatten och luft. Vid polerna står solen ofta lågt på himlen och solstrålarna faller in flackt mot marken. Under vintern går solen inte upp alls vid polerna, och ingen solenergi når fram. Det blir iskallt.

Ju längre bort man kommer från ekvatorn, desto flackare faller solstrålarna in mot marken och energin i solstrålarna sprids ut över en allt större yta. Därför värms marken upp långsammare vid polerna än vid ekvatorn och temperaturen sjunker mer ju längre från ekvatorn man kommer.

Nära polerna är alltså medeltemperaturen betydligt lägre än vid ekvatorn.

En person på ekvatorn ser solen rakt över huvudet mitt på dagen. Solljuset faller in nästan vinkelrätt mot marken och marken blir snabbt uppvärmd. Vid ekvatorn är det varmt året om. En person vid Nordpolen får nästan allt solljus från sidan. Solstrålarna träffar marken i flack vinkel och uppvärmningen blir dålig. Vid polerna är det kallt året om.

Om du står med vinden i ryggen har du alltid ett lågtryck till vänster och ett högtryck till höger.

Högtryck och lågtryck

Stark sol, svag vind och torrt väder känner du igen från varma sommardagar.

Att solens höjd varierar mellan olika platser på jorden gör att temperaturen är högre närmare ekvatorn än vid polerna. Varmare luft är lättare och börjar röra sig. Det skapar vindar och skillnader i tryck som gör att luften cirkulerar kring jorden.

I högtryck är lufttrycket vid markytan högre än normalt. Lufttrycket blir högt eftersom luften pressas nedåt mot marken från hög höjd, på samma sätt som när man kliver upp på en våg och vikten på vågen ökar. Den nedåtströmmande luften kommer från hög höjd och är kall – det är därför den sjunker. Men vinden värms upp alltmer när den närmar sig marken, som är varm av solen.

Lågtryck är motsatsen till högtryck. I mitten av lågtrycket stiger varm och fuktig luft uppåt från markytan, kyls av och bildar moln och nederbörd. Kring lågtryck kan vinden vara mycket stark.

Eftersom det behövs uppåtstigande luft för att moln och regn ska bildas är det därför oftast både torrare och soligare i högtryck, där luften sjunker nedåt.

högtryck lågtryck

Högtryck och lågtryck är stora virvlar av snurrande luft som sträcker sig högt upp i atmosfären. På marken rör sig luften och vindarna utåt från högtrycken och inåt mot lågtrycken, men på hög höjd är det tvärtom. Det gör att luften rör sig i en spiral nedåt genom högtrycket och uppåt genom lågtrycket.

En varmluftsballong stiger för att den är fylld av luft som är varmare än luften utanför ballongen. Varm luft är lättare än kall luft och rör sig uppåt.

Vinden

Vad är vind egentligen? Den syns ju inte men är ändå till så stor nytta – men kan också orsaka stor skada.

Luften består av gasmolekyler, mest kväve och syre. När luftmolekylerna rör sig skapas en vind.  Ju högre hastighet molekylerna har, desto större blir vindens tryck.

Anledningen till att det blåser är att varm luft är lättare än kall luft. Den varma luften som lyfts från marken måste ersättas med kall luft. Vid markytan blåser därför vinden in mot områden med uppåtstigande luft.

Att solen värmer luften olika mycket på olika ställen på jorden är alltså orsaken till att det blåser.

Meteorologer har olika namn för vindar med olika hastigheter, och namnen är olika på land och till sjöss.

Om det blåser lätt så att skorstensröken bara lutar lite grann säger man att det är ”svag vind”. Om man hade varit till havs hade samma vind kallats ”lätt bris”. När mindre träd svajar är vindens hastighet omkring 10 meter per sekund, ”hård vind”. En fiskare hade sagt ”kuling” i stället.

Moln och nederbörd

Du har säkert märkt att det på somrarna kan börja regna på eftermiddagen, trots att solen skiner från en klar himmel på morgonen. Hur går det till?

Detta har att göra med vattnets kretslopp. När solen värmer hav och mark avdunstar vattnet och bildar vattenånga. Vattenångan stiger uppåt i luften. Där kyls vattenångan av, kondenserar till små droppar och bildar moln. Moln består alltså av vattenmolekyler som bildat små svävande vattendroppar.

När dropparna blivit tillräckligt stora faller vattnet åter mot jorden som nederbörd. Bymoln som ger regnskurar bildas när vattnet avdunstar, stiger, kyls av och kondenserar.

Luftens fuktighet har stor betydelse för om moln bildas. Luften som stiger uppåt i en öken bildar inte moln eftersom luften är för torr. Det kondenseras helt enkelt inga vattendroppar i luften. Men i kyligare länder som Sverige är luftfuktigheten mycket högre och moln bildas lätt.

Nederbörden som når marken rinner ut i havet eller i sjöar genom bäckar och åar, och vattnets kretslopp börjar sedan om på nytt.

snö

avdunstning från växter

molnbildning

avdunstning från hav regn

avdunstning från sjöar

avdunstning från mark

nederbörd

grundvatten

Solen driver vattnets kretslopp genom att den värmer upp hav och mark. När vattnet som finns i havet eller marken blir varmt stiger det upp i atmosfären. I atmosfären är det kallare och vattnet kondenserar till moln. Stora vattendroppar blir regn som faller till marken eller havet.

En väderprognos för tre dagar. Hur trodde meteorologen att vädret skulle bli där du bor? Vilken månad tror du att prognosen gjordes för?

Väderkartan

På en väderkarta visar meteorologen hur vädret är på olika platser. Vädret visas med olika symboler. Temperaturen skrivs ut med siffror. Pilar visar hur vindarna blåser. Ibland finns också varningar för storm eller åska.

Väderkartor är ofta prognoser. Det betyder att det är en förutsägelse av hur vädret ska bli några dagar framåt. Förutsägelsen görs av en meteorolog med hjälp av datorberäkningar. För att göra beräkningarna används väderobservationer från marken och mätningar från satelliter.

På väderkartorna visas vädret med hjälp av symboler. Här ser du de vanligaste.

snöblandat regn

Det är svårt att göra väderprognoser för flera dagar framåt. Det beror på att det är svårt att göra datormodeller för hur vädret ska utvecklas. Man kommer nog aldrig att kunna göra riktigt bra prognoser för mer än en vecka framåt.

Sammanfattning

@ Med väder menar vi hur temperaturen, molnigheten, vinden och nederbörden varierar från dag till dag.

@ Med klimat menar vi hur det genomsnittliga vädret varierar över en längre tid. Klimatet förändras långsamt jämfört med vädret.

@ Människan har orsakat den pågående klimatförändringen som gör att jordens temperatur långsamt ökar.

@ Medeltemperaturen för en plats på jorden bestäms av mängden solstrålning som når marken, men också av höjden och avståndet till havet.

@ I högtryck är lufttrycket vid markytan högre än normalt.

@ I lågtryck är lufttrycket vid markytan lägre än normalt.

@ Vinden uppstår eftersom varm luft är lättare än kall luft. Den varma luften som stiger uppåt vid marken måste ersättas med kall luft och det börjar blåsa.

@ Moln bildas när fuktig luft värms upp, stiger uppåt och kyls av. Om luftfuktigheten är hög kan det bildas nederbörd.

@ När solen värmer avdunstar vattnet från hav och sjöar, stiger och bildar moln. Stora vattendroppar faller som regn. Sedan börjar vattnets kretslopp om igen.

@ På en väderkarta visas vädret med symboler. En väderprognos är en beräkning av vädret i framtiden.

Vädret på jorden

Vad menas med väder?

Instuderingsuppgifter

1. Vad är skillnaden på väder och klimat?

2. Vad är det som värmer upp jorden?

3. Varför är det varmt på en del platser och kallt på andra? Finns det flera orsaker?

4. Hur uppstår vinden?

5. Varför varierar klimatet över jorden? Vad är orsaken till skillnaderna i klimatet?

6. Vad är högtryck och lågtryck och hur påverkar de vädret?

7. Hur bildas moln och annan nederbörd?

8. Vad menas med en väderprognos? Kan man lita på den?

Aktiviteter

1. Vädret på en annan plats

Ta reda på mer om vädret någonstans på jorden som du tycker är intressant. Välj gärna en plats utanför Europa.

a. Vilken är den typiska temperaturen och nederbörden på sommaren? På vintern?

b. Finns det snö och is på vintern?

c. Vilka är de vanligaste växterna?

d. Kan man bada utomhus i varmt vatten på sommaren? På vintern?

2. Väderrekord

Ta reda på mer om några olika väderrekord.

a. Vilken är den högsta temperatur som uppmätts? Den lägsta?

b. Var regnar det mest? Vilken typ av nederbörd är vanligast?

c. Var finns de högsta havsvågorna? Hur höga är de?

d. Var regnar det minst? Är det kallt eller varmt där?

e. Var finns de nordligaste regnskogarna och de nordligaste öknarna?

3. Luft och vatten

Undersök hur solen värmer vatten och luft. Du behöver ett glas som är tomt och ett som är fyllt med vatten.

a. Ställ de båda vattenglasen i ett kylskåp i cirka 20 minuter.

b. Ta ut de båda glasen och känn på dem.

c. Vilket glas känns varmast och vilket känns kallast?

d. Försök förklara dina observationer.

e. Vad har detta med vårt klimat att göra?

Molnen under en dag

Det kan vara kul att undersöka hur molnen förändrar sig under en varm sommardag. Vita fluffiga stackmoln börjar växa till sig på morgonen och blir till blomkålslika molngubbar under eftermiddagen. Om de börjar släppa ifrån sig regn eller hagel har i stället bymoln bildats, som ofta har en diffus vit och trådig topp. På kvällen sjunker de stora stackmolnen och bymolnen tillbaka och natten kan sedan bli klar och fin.

Det är också vanligt att ett regnsystem närmar sig västerifrån eftersom de flesta vindarna blåser från det hållet. Först ser man tunna vita fjädermoln eller slöjmoln, ibland med en stor halo kring solen eller månen. En halo är en ljusring som bildas när solljuset bryts och reflekteras i

Stackmoln är en vanlig syn på sommarhimlen. På förmiddagen är de små och platta, för att senare växa till sig.

iskristaller. Molnen tjocknar till skiktmoln där solen knappt är synlig, och det börjar då snart att regna.

Ihållande nederbörd faller från regnmoln och detta kan hålla på i flera timmar. När det lättar igen kan det ske ganska plötsligt eftersom luften då är torrare och svalare. Dagen efter är vädret ofta ostadigt med stackmoln eller bymoln och regnskurar.

Det allra vanligaste molnslaget i Sverige är valkmoln. Om du ser ett grått molntäcke som det inte regnar ur är det nästan säkert valkmoln du ser. De kan ibland täcka himlen i flera dagar innan vädret förändras, särskilt under vinterhalvåret. På sommaren ordnar valkmolnen ofta upp sig som tjocka ljusa kuddar.

Under dagen stiger varm och fuktig luft uppåt, kyls av och bildar molndroppar. Stackmolnen har nu tornat upp sig.

På eftermiddagen har de nått ännu högre och bildat bymoln med fjädermoln i toppen. Se upp för regnskurar och åska!

Valkmoln är det vanligaste molnslaget i Sverige. Valkmoln är låga och ser ofta mörka ut.

Tunna vita fjädermoln drar upp på himlen. Om det ser ut så här kan det regna nästa dag.

Molnen tätnar ytterligare och snart ses solen som genom en matt glasskiva. Skiktmolnen har anlänt och regnet är inte långt borta.

Ibland formar sig valkmolnen som kuddar.

Senare kan det se ut så här. Solen lyser genom tunna slöjmoln och är omgiven av en stor halo.

Molnen tätnar ytterligare och ett dygn efter att de första fjädermolnen siktades är det dagsregn. Himlen är mörk av de tjocka regnmolnen.

LABORATION

Land och hav

Syfte

Att undersöka hur solen värmer upp land och hav.

Det här behöver du

– Två glas.

– Två termometrar.

– Vatten.

– Jord.

– Papper.

– Penna.

– En solig dag.

Gör så här

1. Häll vatten i det ena glaset och jord i det andra, lika mycket i båda.

2. Mät temperaturen i vattnet och i jorden. Om det behövs, häll varmt eller kallt vatten i vattenglaset så att temperaturen i vattnet blir densamma som i jorden. Anteckna temperaturen.

3. Ställ in glasen i ett kylskåp i 15 minuter. Mät temperaturen i vattnet och jorden direkt efter att du har tagit ut glasen ur kylskåpet. Anteckna resultatet.

4. Ställ glasen i ett soligt fönster i 10 minuter och mät temperaturerna igen. Anteckna resultatet.

Frågor

1. Beskriv dina observationer.

2. Försök förklara resultatet av mätningarna.

3.

LABORATION

Hur blir vädret?

Syfte

Att jämföra en väderprognos med det verkliga vädret.

Det här behöver du

– En väderprognos. – Vädersymboler.

– Termometer.

Gör så här

1. Montera termometern i skugga på norra sidan av ett ouppvärmt hus, plank eller träd.

2. Leta upp en väderprognos på internet eller i en dagstidning.

3. Rita en tabell för fem dagar framåt. Den kan se ut som tabellen nedan.

4. Skriv in de kommande dagarnas namn på raden ”veckodag”. Skriv också in dagarnas datum på raden ”datum”.

Väderjournal: väder och temperatur

veckodag

5. Rita en vädersymbol från väderprognosen för varje dag på raden ”prognos”. Välj det område där du bor eller sök upp prognosen för din ort. Skriv också temperaturen.

6. Gå utomhus och gör en väderobservation mitt på dagen varje dag. Rita in den lämpligaste vädersymbolen på raden ”observation”. Läs också av termometern och skriv in temperaturen och tidpunkten.

Frågor

Besvara frågorna när övningen är klar.

1. Var prognosen lätt att förstå?

2. Var det svårt att välja rätt vädersymbol för din observation?

3. Hur väl stämde prognosen med dina observationer?

4. Stämde prognosens temperatur bättre med verkligheten än vad vädret gjorde?

datum tid på dygnet prognos observation dag 1 dag 2 dag 3 dag 4 dag 5

Bilden: En automatisk väderstation gör mätningar med flera instrument.

Att observera vädret

Visst vore det kul att kunna säga hur vädret blir i morgon, bara genom att följa vädrets växlingar? Här får du veta hur väderinstrumenten fungerar och hur man gör observationer.

Ord och begrepp

Barometer är ett instrument som mäter lufttryck.

Luftfuktighetsmätare är ett instrument som mäter luftens relativa fuktighet.

Meteorologi är läran om atmosfären och vädret.

Nederbördsmätare är ett instrument för att mäta hur mycket nederbörd, alltså regn, snö eller hagel, som har fallit.

Termometer är ett instrument för att mäta temperatur.

Vindmätare är ett instrument för att mäta vindens hastighet och riktning.

Väderobservation är när man noterar uppgifter om vädret på en plats.

Väderprognos är en beräkning av hur vädret kommer att bli i framtiden.

Väderstation är en plats där man gör mätningar med väderinstrument.

I Uppsala började man mäta vädret redan 1722, för över 300 år sedan! Så länge har man inte observerat vädret någon annanstans på jorden.

Lära känna vädret

Om du ska ut och tälta med kompisarna vill du gärna veta hur vädret ska bli. Om det blir regn är det kanske roligare att vara inomhus och spela datorspel.

För att veta hur vädret ska bli kanske du tittar i tidningen eller på någon vädersajt på nätet. Väderprognoser förutsäger vädret några timmar eller dygn framåt.

Om du hade levt för hundra år sedan och skulle gå ut med kompisarna för att tälta hade du troligen ändå kunnat veta hur vädret skulle bli i morgon (men om det skulle regna hade du inte kunnat spela datorspel).

Bönder och fiskare har i alla tider haft bra koll på vädret eftersom skörden och fångsten har varit deras levebröd. De lärde sig att läsa av tecknen i skyn och på marken som berättade om vädrets utveckling. De gjorde inte exakta mätningar, men erfarenheten kunde berätta ganska mycket om hur vädret skulle utveckla sig det närmaste dygnet.

Du kan också göra väderprognoser genom att lära känna vädrets normala växlingar. Genom att hålla vädret under uppsikt och göra mätningar med meteorologens viktigaste verktyg, de meteorologiska instrumenten, blir uppgiften lättare.

Meteorologen använder många olika instrument för att mäta vädret. Bilder och mätningar som görs med satelliter är väldigt värdefulla. Här ses Skandinavien från rymden en vinterdag med klart väder och snö på marken.

En meteorolog läser av instrumenten i en väderbur.

Vad gör en meteorolog?

En meteorolog använder mängder av väderobservationer, satellitmätningar och datormodeller för att förstå hur vädret ska utveckla sig. Att ge bra väderprognoser är svårt eftersom vädret växlar från plats till plats och med tiden. Dessutom beror vädret på så många olika saker. Ofta förändras prognosen under dagen, och en prognos för den kommande helgen kan vara helt fel i början av veckan.

Väderinstrumenten

Vid samma tidpunkt tre gånger varje dygn läser man av väderinstrumenten på tusentals platser över hela världen. I Sverige gör man detta exakt klockan 7, 13 och 19. Observationerna används för att göra väderprognoser och studera klimatet.

De viktigaste väderinstrumenten är:

– termometern (som mäter värmen i luften)

– barometern (som mäter lufttrycket)

– hygrometern (som mäter luftfuktigheten)

– vindmätaren (som mäter vindhastigheten)

– nederbördsmätaren (som mäter nederbördsmängden).

Vi ska nu titta på hur väderinstrumenten används och fungerar.

Väderrekord: temperatur

Den högsta uppmätta

temperaturen är 56,7 °C i Death Valley, USA.

Den lägsta uppmätta

temperaturen är –89,2 °C vid forskningsstationen

Vostok, Antarktis.

Läs av temperaturen i °C och i °F.

En skylt visar en temperatur på 118 grader Fahrenheit under en rekordvärmebölja i Phoenix, USA, den 18 juli 2023.

Termometern mäter värmen i luften

Termometern används för att mäta temperaturen och är graderad enligt celsiusskalan.

Celsiusskalan visar 0 °C vid vattnets fryspunkt och 100 °C vid dess kokpunkt. Oftast visar termometern ett värde mellan –30 °C och +30 °C, det normala intervallet under ett år i Sverige.

Om du någonsin har sett en väderpresentation från USA så går temperaturen ofta upp till 100 grader. Men även om det kan vara varmt i Florida blir det absolut inte varmare än i en bastu. Att temperaturerna är så höga beror på att det finns olika sätt att ange temperaturen.

I de flesta länder används celsiusskalan som den svenske fysikern Anders Celsius uppfann på 1700-talet. Temperaturen är 0 °C (grader Celsius) när vatten fryser och 100 °C när vatten kokar.

I bland annat USA används i stället fahrenheitskalan. Enligt den är temperaturen 32 °F (grader Fahrenheit) när vatten fryser och 212 °F när vatten kokar. Temperaturen 100 °F motsvarar ungefär 38 °C, så visst är det riktigt varmt i Florida.

Barometern mäter lufttrycket

Luften finns runt omkring oss överallt och vi tänker inte så mycket på den. Men faktum är att luften är tung och trycker på allting, från alla riktningar.

En barometer är särskilt användbar när man vill göra prognoser för vädret.

Ett sjunkande tryck innebär att ett lågtryck närmar sig, kanske med regn eller snö, medan ökande tryck innebär att ett högtryck närmar sig med lugnare vindar.

På sommaren kan ett högtryck eller en högtrycksrygg betyda soligt och lugnt väder, men på vintern blir det ofta fuktigt och grått i stället.

Lufttryck

Lufttrycket mäts i enheten hektopascal. Medeltrycket vid havsytan är 1 013 hektopascal. I ett lågtryck kan trycket sjunka till omkring 970 hektopascal, medan det i ett högtryck kan vara omkring 1 050 hektopascal.

Lufttrycket blir lägre på högre höjd. På toppen av Mount Everest är lufttrycket bara en fjärdedel av lufttrycket vid havsytan.

Vilket lufttryck visar barometern?

Hygrometern mäter luftfuktigheten

Hur många procent är den relativa fuktigheten?

Väderrekord: vindhastighet

Den högsta uppmätta vindhastigheten i en orkan är 133 m/s i Oklahoma City, USA, vilket motsvarar vindar på hela 480 km/h. Inte ens världens snabbaste Formel 1-bil som har en topphastighet på nästan 400 km/h är lika snabb.

Hygrometern eller luftfuktighetsmätaren mäter luftens relativa fuktighet. Med relativ fuktighet menas hur mycket vatten som finns i luften jämfört med den största mängd vatten som luften kan innehålla innan det börjar regna.

En riktigt varm och torr sommardag i Sverige kan fuktigheten gå ner till 20–30 procent, och det kan också ske under klara kalla dagar på vintern. Vanligen är luftfuktigheten omkring 70 procent inomhus. När det är dimma ute är luftfuktigheten 100 procent. Då bildas mycket små vattendroppar ur vattenångan, som håller sig svävande i luften. Det är ett tecken på att luften inte kan innehålla mer vatten än så. Om temperaturen sjunker kommer det att börja regna eftersom kall luft inte kan bära lika stor mängd vatten som varm luft.

Vindmätaren mäter vindens hastighet och riktning

Den vanligaste sortens vindmätare besår av snurrande skålar och en vindpil som visar vindriktningen. Ju fortare vinden blåser, desto snabbare snurrar skålarna.

Vindstyrkan kan uppskattas genom att man studerar hur vinden påverkar träd och andra föremål. Vindstyrkan kan översättas till en ungefärlig vindhastighet.

Vinden är en viktig vägvisare för vädrets utveckling. Förändringen i vindens styrka och riktning tillsammans med lufttrycket och molnhimlens utseende ger bra ledtrådar till hur vädret kan bli de närmaste timmarna eller det kommande dygnet.

En mast med vindriktningsmätare och vindhastighetsmätare.

Vindstyrka

För att uppskatta vindens styrka behöver man inga mätinstrument. Vindstyrkan kan man bestämma genom att observera hur vinden påverkar naturen och saker runtomkring. Man kan till exempel titta på hur skorstensröken eller trädens grenar rör sig. För att uppskatta vindstyrkan brukar man använda Beaufortskalan .

Olika vindstyrkor har olika namn. Exempelvis innebär styv kuling vindstyrka 7 på Beaufortskalan och en vindhastighet mellan 14 och 17 meter per sekund, medan storm motsvarar vindstyrka 10 och vindhastigheten 24–28 meter per sekund. På bilden visas vindstyrkorna 0–12 på Beaufortskalan och de effekter vinden har på land.

m/s

Hur många millimeter har det regnat?

Väderrekord: nederbörd

På ön Réunion i Indiska oceanen regnade det 1 870 mm (nästan 2 m) under ett dygn.

Nederbördsmätaren mäter mängden nederbörd

Med nederbördsmätaren kan man mäta hur mycket nederbörd, alltså regn, snö eller hagel, som har fallit.

När man talar om hur mycket nederbörd som har fallit anger man ofta mängden i millimeter (mm) vatten. Det betyder att snö först måste smältas innan man kan mäta. Om det har regnat 1 mm innebär det att marken är täckt med ett lager vatten som är 1 mm djupt, om regnet inte har sjunkit ner i jorden eller runnit undan.

Snödjupet mäter man helt enkelt med en måttstock som är graderad i centimeter (cm). I fjällen kan snödjupet bli flera meter, men på de flesta ställen i landet blir det inte mer än några decimeter. Man brukar säga att ett nyfallet snötäcke på 1 cm motsvarar 1 mm (smält) nederbörd.

Sammanfattning

@ En meteorolog använder mängder av väderobservationer, satellitmätningar och datormodeller för att förstå hur vädret ska utveckla sig.

@ Ett sjunkande lufttryck innebär att ett lågtryck närmar sig, medan ökande tryck innebär att ett högtryck närmar sig.

@ När det är dimma är luftfuktigheten 100 procent.

@ Vindstyrkan kan uppskattas genom att man studerar hur mycket vinden påverkar träd och andra föremål.

@ Vinden, lufttrycket och molnen ger bra ledtrådar till hur vädret kan bli de närmaste timmarna eller det kommande dygnet.

Vädret på jorden

Att observera vädret

Instuderingsuppgifter

1. Vad heter den temperaturskala vi använder i Sverige?

2. Vad händer med vattnet vid 0 °C och 100 °C?

3. Vad mäter en barometer?

4. Hur kan man se på en barometer att ett lågtryck närmar sig?

5. Vad mäter en hygrometer?

6. Hur hög är luftfuktigheten om det bildas dimma?

7. Vad menas med att det har regnat 10 mm?

Aktiviteter

1. Mäta snödjup Lär dig hur du mäter snödjupet. Du behöver en meterstock och en öppen yta med jämnt snötäcke.

a. Stick ner meterstocken lodrätt genom snötäcket tills den når marken.

b. Läs av hur många centimeter djupt snötäcket är.

c. Mät snödjupet varje morgon när du kommer till skolan under åtminstone en veckas tid. Notera värdena i din anteckningsbok.

d. Hur många dagar under veckan var det snö?

e. Vilket var det största och det minsta snödjupet?

f. Hur stort var snödjupet i medeltal?

2. Mäta molnmängd Uppskatta hur mycket av himlen som är täckt av moln. Du behöver en öppen plats där du kan se hela himlen, gärna en höjd. Föreställ dig himlen som en tårta som du delar upp i åtta lika stora tårtbitar. Mitten av tårtan blir då rakt upp på himlen. Tänk dig att du ”samlar ihop” alla de synliga molnen till hela tårtbitar. Molnen kan vara utspridda lite här och där över himlen, men ibland är de väl samlade på ett ställe.

a. Uppskatta hur många tårtbitar av himlen som täcks av moln. Ange den totala molnmängden i åttondelar av himlens yta.

b. Uppskatta molnmängden varje dag vid samma tid under en vecka.

c. Hur mycket moln var det som mest och som minst under veckan?

d. Hur ofta var det helt mulet?

e. Hur ofta var himlen helt klar, utan moln?

f. Hur stor var molnmängden i medeltal?

Burkbarometer

Syfte

Att konstruera och använda en enkel barometer för att mäta lufttrycket.

Det här behöver du

– Glasburk.

– Ballongduk.

– Gummiband.

– Sugrör.

– Lim.

– Linjal.

Gör så här

1. Spänn fast en bit av ballongduken över burken, stor nog att täcka hela öppningen. Se till att ballongbiten är hel och att den är ordentligt sträckt. Om det finns små hål i ballongen kommer barometern inte att fungera. Fäst ballongen i burken med ett starkt gummiband. Du kan också limma fast den så att burken blir helt tät.

2. Limma fast sugrörets ena ände mitt på ballongens yta så att den andra spetsen sticker en bra bit utanför burkens kant.

3. Vik ett papper och ställ det vertikalt vid sugrörets spets. På papperet kan du rita in sugrörets position när den ändras med lufttrycket. Du kan också rita eller limma fast en skala på papperet där du kan avläsa positionen med större noggrannhet. En lätt plastlinjal kan fungera.

4. Placera burken och pappersarket så att de står stadigt. Det får inte finnas någon risk att någon kan stöta till dem. Se till att barometern står på ett ställe med jämn temperatur, inte i fönstret eller nära ett element.

5. Nu kan mätningarna börja. Läs av barometern vid samma tidpunkt varje dag, gärna både på morgonen när du kommer till skolan och på eftermiddagen innan du går hem. För att lufttrycket ska hinna förändra sig ordentligt är det bra om du gör avläsningar under minst en veckas tid.

Frågor

1. Undersök dina mätningar. Ser du något mönster?

2. Använd mätningarna för att rita ett diagram med lufttryck på y-axeln och tid på x-axeln. Dra en kurva genom mätpunkterna.

3. Förklara varför kurvan går upp och ner. Vad händer med lufttrycket?

4. Förklara hur burkbarometern fungerar.

Mäta nederbörd

Syfte

Att tillverka en regnmätare och mäta hur mycket regn som har fallit.

Det här behöver du

– PET-flaska, 1,5 liter.

– Kniv.

– Kraftig tejp. – Mätglas.

– Permanent tuschpenna.

Gör så här

1. Skär av den övre delen av flaskan med en kniv.

2. Skruva av korken, vänd toppen upp och ner och placera den i flaskans nedre del.

3. Tejpa den övre kanten så att den blir tät och så att de två delarna sitter stadigt ihop.

4. Rita streck på flaskan med 5 mm mellanrum. Varje streck markerar 5 mm nederbörd. Skriv också siffror vid varje streck: 5, 10, 15 ...

5. Ställ ut mätaren i trädgårdslandet eller i en behållare med sand så att den sitter stadigt. Se till att inga växter hindrar nederbörden att falla ner i flaskan.

6. Mät regnmängden en gång per dag vid samma tidpunkt i en vecka, till exempel när du kommer hem från skolan. Titta rakt från sidan när du mäter. Töm sedan regnmätaren.

7. Notera regnmängden i din anteckningsbok, även om det inte har regnat!

Frågor

1. Hur många dagar regnade det?

2. Vilken var den största regnmängden?

3. Vilken var den minsta regnmängden?

4. Jämför med dina kamraters mätningar.

5. Försök förklara varför mätningarna kan skilja sig åt.

6. Vad innebär det att det regnar 5 mm nederbörd?

Bilden: Med ett varmare klimat får vi räkna med mer regn och fler översvämningar i Sverige. I januari 2024 svämmade Ringsjön i Skåne över och många hus skadades.

Växthuseffekten och framtidens klimat

Växthuseffekten innebär att en del av värmen från solens strålar värmer upp atmosfären. Det har gjort det möjligt för livet att utvecklas på jorden.

Människans användning av olja, gas och kol för att värma upp bostäder, driva fordon och producera elenergi har gjort att värmen i atmosfären har ökat ytterligare.

Samtidigt bildas giftig, sotig rök som förorenar luften, vattnet och haven. Vi är mitt inne i en klimatförändring orsakad av människan.

Ord och begrepp

Fossila bränslen är bränslen som mest består av kolföreningar och som är rester av djur och växter som levde för länge sedan.

Global uppvärmning kallar man den ökning av medeltemperaturen på jorden som har skett sedan 1850-talet.

Klimatförändring är förändringar i klimatet, alltså det som sker med vädret under många års tid.

Koldioxid är en växthusgas som bildas när man förbränner fossila bränslen.

Vattenånga är den viktigaste växthusgasen i atmosfären.

Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som orsakas av växthusgaser i atmosfären.

Växthusgas är en gas som binder värme i atmosfären och som bidrar till växthuseffekten.

Den naturliga växthuseffekten är en förutsättning för allt liv på jorden. Utan växthuseffekten hade medeltemperaturen på jorden varit 30 grader lägre. Kanske hade inget liv kunnat utvecklas.

Den naturliga

växthuseffekten

Du har säkert hört talas om växthuseffekten i nyheterna. Ofta beskrivs växthuseffekten som något negativt, men den är faktiskt både helt naturlig och helt nödvändig för livet på jorden.

I atmosfären finns gaser som kallas växthusgaser. De vanligaste växthusgaserna är vattenånga och koldioxid. Om växthusgaserna inte fanns skulle det vara minst 30 grader kallare på jorden och människor skulle ha svårt att leva här.

Hur fungerar växthuseffekten?

Anledningen till att det kallas just växthuseffekten är att jordens atmosfär fungerar ungefär som ett växthus.

Växthuset (bilden till vänster)

I ett växthus tar sig det mesta av solstrålningen igenom glaset och värmer upp luften och växterna inne i växthuset.

Det mesta av värmestrålningen tar sig ut genom glaset men en liten del stannar kvar och höjer temperaturen inne i växthuset.

Jorden (bilden till höger)

Det mesta av solstrålarna tränger igenom jordens atmosfär och värmer upp marken. Nästan all värmestrålning tar sig ut genom luften, men en liten del tas upp av växthusgaserna.

Växthusgaserna fångar upp värmen från jordens yta och skickar tillbaka den mot marken så att en del av värmen i luften hålls kvar och temperaturen stiger.

Detta är den naturliga växthuseffekten.

Den förstärkta växthuseffekten har värmt upp jorden en grad sedan 1750. Då började man bränna fossila bränslen som kol och olja för att få energi.

växthuseffekten

När man menar att växthuseffekten är ett problem handlar det om att växthuseffekten har förstärkts på grund av människans aktiviteter. Det är de ökande halterna av växthusgaser i atmosfären som gör att växthuseffekten blir starkare.

Eftersom mängden växthusgaser i atmosfären ökar på grund av förbränningen av fossila bränslen stiger också temperaturen. Det är den förstärkta växthuseffekten som ger en klimatförändring.

Växthusgaserna tar upp värme och gör att temperaturen i jordens atmosfär ökar. Detta leder till en global uppvärmning av jorden. Denna klimatförändring är på väg att förändra och försvåra vårt sätt att leva.

För att den globala uppvärmningen inte ska skena iväg måste vi använda hållbara energikällor.

För att minska effekterna av klimatförändringen måste vi sluta använda fossila bränslen som bensin och diesel i fordon och i stället övergå till hållbara energikällor. De förgiftar inte naturen och producerar inte koldioxid, och kan därför användas utan att påverka klimatet. Bland många saker vi behöver göra snabbt är att växla från fossila bränslen till icke-fossila bränslen som solkraft, vindkraft, vattenkraft och kärnkraft.

Framtidens klimat

Det är svårt att veta hur förstärkningen av växthuseffekten kommer att påverka jordens klimat i framtiden. Jordens medeltemperatur har ökat med nästan en grad de senaste hundra åren och den kommer antagligen att fortsätta att öka i ännu snabbare takt.

De varmaste åren sedan 1700-talet har alla inträffat under 2000-talet. Under de närmaste åren kommer medeltemperaturen på jorden att öka ytterligare.

Om hundra år kan det i värsta fall vara så mycket som fyra grader varmare om vi fortsätter att använda fossila bränslen på samma sätt som nu. Men om vi snabbt börjar använda hållbara energikällor i stället kan vi kanske begränsa uppvärmningen till två grader.

Vilka blir konsekvenserna om jorden värms upp? Djurlivet och växtlivet kommer att påverkas och redan dör många arter på grund av klimatförändringen. För människan och den civilisation vi har byggt upp kan uppvärmningen i stora områden bli förödande.

Med klimatförändringen kommer antagligen nederbörden att öka, mycket av isarna vid polerna att smälta bort och havsytan att stiga.

I Sverige blir det troligen betydligt varmare, men det kan också bli mer nederbörd, fler kraftiga stormar och fler översvämningar.

Det ser ut som att vi går en dyster framtid till mötes med ökande

Istäcket i Arktis når sin minsta utsträckning i september varje år innan det börjar växa inför vintern igen. Jämför bilden från 1979 med den under från 2020.

Utbredningen av is 2020 var den näst minsta på 30 år och bara hälften jämfört med 1979. Omkring år 2050 försvinner antagligen istäcket helt på sommaren om klimatförändringen fortsätter som i dag.

temperaturer och betydande klimatförändringar, men mycket görs nu för att minska den globala uppvärmningen.

Många länder har insett att det blir dyrare att inte göra något åt uppvärmningen än att satsa på ny teknik för att begränsa koldioxidutsläppen.

Sammanfattning

@ Växthuseffekten innebär att en del av värmen från solens strålar stannar kvar i atmosfären och värmer upp den.

@ Växthusgaser som vattenånga och koldioxid fångar upp värme och håller den kvar i atmosfären.

@ Den naturliga växthuseffekten höjer jordens temperatur ungefär 30 grader, jämfört med om atmosfären inte hade funnits.

@ Den förstärkta växthuseffekten beror på människans aktiviteter. Det är de ökande halterna av växthusgaser i atmosfären som gör att växthuseffekten blir starkare.

@ Den förstärkta växthuseffekten innebär att jordens medeltemperatur har ökat med nästan en grad de senaste hundra åren.

@ Med klimatförändringen kommer det att bli betydligt varmare i Sverige, med mer nederbörd, fler kraftiga stormar och fler översvämningar.

Vädret på jorden

Växthuseffekten och framtidens klimat

Instuderingsuppgifter

1. Vad menas med växthuseffekten och varför är den viktig för livet på jorden?

2. Vilka är de vanligaste växthusgaserna?

3. Vad händer med jordens temperatur om växthuseffekten förstärks?

4. Vad orsakar den förstärkta växthuseffekten?

5. Vilken växthusgas släpps ut av människans aktiviteter, till exempel att köra bensindrivna bilar och elda med kol?

6. Vad kan man göra för att minska risken för att växthuseffekten förstärks?

7. Vilka konsekvenser kan den ökande temperaturen och klimatförändringen få för människan och samhället?

Aktiviteter

1. Människan och klimatet

a. Klimatet håller på att förändras. Hur kan vi veta att det är vi människor som påverkar klimatet?

b. Gör det något om det blir lite varmare på jorden? Är det inte bra för alla som fryser? Ta reda på fem saker som händer i naturen eller med vädret när temperaturen på jorden ökar. Sök information på internet och i skolbiblioteket.

2. Växthuseffekten

Undersök hur växthuseffekten fungerar. Du behöver en genomskinlig plastpåse, påsklämma och två termometrar.

a. Lägg den ena termometern i plastpåsen. Blås upp påsen och förslut den med en påsklämma så att den behåller sin uppblåsta form.

b. Lägg påsen i ett soligt fönster. Lägg den andra termometern bredvid påsen.

c. Läs av båda termometrarna efter cirka 15 minuter.

d. Beskriv dina observationer.

e. Försök att förklara vad som händer.

f. Försök att förklara jordens klimat utifrån resultatet i ditt försök. Vad har försöket med växthuseffekten att göra?

3. Växthusgaser

Fundera på vad du gör en vanlig dag som gör att växthusgaser släpps ut. Vad skulle du kunna göra för att minska dina utsläpp av växthusgaser?

Diskutera med dina klasskamrater.

Bilden: En dator fungerar tack vare miljarder elektroner som skapar strömmar i elektriska ledare.

Elektriska laddningar

Har du funderat på hur mycket i din vardag som är beroende av elektricitet?

Alla hushållsapparater och elektroniska prylar hade varit skräp utan elektricitet – de hade inte ens funnits.

Väckarklockan, ficklampan, mobiltelefonen och datorn behöver alla elektricitet för att fungera. Cyklar, bilar och snart också flygplan kan drivas på batterier.

Men hur funkar elektricitet egentligen?

Ord och begrepp

Elektricitet är negativa och positiva laddningar som rör sig.

Elektrisk laddning är en egenskap som en partikel måste ha för att skapa en elektrisk ström när den rör sig.

Elektron är en negativt laddad partikel.

Isolator är ett material som inte leder elektrisk ström.

Ledare är ett material som kan leda elektrisk ström.

Negativ laddning betyder att ett föremål har samlat på sig elektroner och har ett överskott av elektroner.

Positiv laddning betyder att ett föremål har lämnat ifrån sig elektroner och har ett underskott av elektroner.

Proton är en positivt laddad partikel.

Statisk elektricitet är när en isolator är elektriskt laddad.

Vad är elektricitet?

Vad har darrockor, din mobil och en blixt gemensamt?

– Elektriska ålar ger elektriska stötar.

– Mobilen använder ett batteri som ger elektricitet.

– Blixten är en elektrisk urladdning.

Alla har alltså på något sätt med elektricitet att göra.

För att förstå elektricitet måste vi börja med att titta på något mycket, mycket mindre än darrockor, mobiler och blixtar – atomer och elektroner.

När elektroner rör sig uppkommer elektricitet. Elektricitet är alltså laddningar i rörelse.

Elektricitet kan väcka dig ur din skönhetssömn ...

... varna dig när branden bryter ut ... ... eller ge ström till ditt favoritspel.

Atomer, elektroner och laddningar

Atomens kärna är uppbyggd av två slags partiklar som är bundna till varandra: protoner och neutroner. Kring kärnan virvlar ett moln av lättare och ännu mindre partiklar, elektroner.

Elektronen är en partikel som bär med sig en liten gnutta elektricitet. Man säger att den har en laddning. En elektron kan snurra runt kärnan i en atom, men den kan också röra sig ganska fritt utan att finnas i en atom. Elektronen har negativ laddning.

I atomkärnan finns protoner och neutroner. Protonerna har positiv laddning och neutronerna är oladdade.

elektron neutron

Tre bilder av elektronerna i en heliumatom. proton

Elektricitet är laddningar i rörelse. I dina elledningar hemma är det elektroner som rör sig – men aldrig snabbare än några centimeter i sekunden.

En ledning eller elsladd består av en ledare med en isolator lindad kring sig. Kopparmetallen i mitten av sladden transporterar elektriciteten och plasthöljet runtomkring isolerar ledaren från omgivningen.

Ledare och isolatorer

I vissa ämnen kan elektronerna röra sig fritt från atom till atom. Sådana ämnen kallas elektriska ledare.

Metaller är exempel på bra elektriska ledare. När man kopplar en metalltråd till ett batteri förflyttas elektronerna från batteriet in i tråden. De rör sig sedan genom tråden och kommer till användning i till exempel en lampa innan de till slut når batteriet igen vid den andra änden.

I vissa ämnen kan elektroner inte röra sig alls, till exempel porslin, gummi och de flesta plaster. Man kallar sådana ämnen isolatorer.

Elektronerna kan hoppa från en ledare till en annan som en gnista. Blixten är en sådan gnista där elektronerna rör sig mellan molnen och marken.

Elektrisk laddning

Det finns två sorters elektrisk laddning: positiv (plusladdning) och  negativ (minusladdning). Om två saker har lika laddning (antingen två positivt laddade saker eller två negativt laddade) stöter de bort varandra. Man säger att de repellerar varandra.

Om sakerna har olika laddning (den ena positiv och den andra negativ) så dras de i stället mot varandra. Man säger att de attraherar varandra.

I alla atomer finns protoner och elektroner. De har elektriska laddningar. Elektronen har negativ laddning och protonen en lika stor positiv laddning. Laddningarna hjälper till att hålla ihop atomen. Om man tar bort elektroner från en atom blir den mindre negativt laddad. Jämfört med en vanlig atom blir den alltså positivt laddad, eftersom de positiva protonerna finns kvar.

Olika laddningar attraherar varandra

Om du gnuggar en ballong mot håret flyttas elektroner från håret till ballongen. Ballongen blir därför negativt laddad.

Håll sedan ballongen mot en vägg. Den fastnar! Eftersom väggen inte har någon laddning kommer elektronerna i väggen att stötas bort från ballongen. De positiva laddningarna i väggen kommer att röra sig mot ballongen.

Eftersom positiva och negativa laddningar attraherar varandra fastnar ballongen på väggen.

Om håret blir elektriskt laddat kommer alla hårstrån att få samma elektriska laddning. Eftersom lika laddningar stöter bort varandra kommer hårstråna att röra sig så långt bort från varandra som möjligt. Man säger att håret är laddat med statisk elektricitet

Varken ballongen eller väggen leder elektrisk ström. De är alltså isolatorer. Isolatorer kan laddas upp med antingen negativ eller positiv elektrisk laddning.

Statisk elektricitet

Man säger att en isolator som är elektriskt laddad har statisk elektricitet.

Statisk elektricitet är elektricitet som är statisk, alltså orörlig.

På en isolator sitter laddningarna fast och förflyttar sig inte.

Sammanfattning

@ När en elektron rör sig uppkommer elektricitet. Elektricitet är alltså laddningar i rörelse.

@ Elektronen är en partikel som bär med sig en liten gnutta elektricitet. Man säger att den har en laddning.

@ I vissa ämnen kan elektronerna röra sig fritt från atom till atom. Sådana ämnen kallas elektriska ledare.

@ I vissa ämnen kan elektroner inte röra sig alls, till exempel i porslin, gummi och de flesta plaster. Man kallar sådana ämnen isolatorer.

@ En isolator kan ha negativ eller positiv elektrisk laddning. Det betyder att den har samlat på sig eller förlorat elektroner.

@ När en isolator är negativt eller positivt laddad säger man att den är laddad med statisk elektricitet.

Elektricitet

Elektriska laddningar

Instuderingsuppgifter

1. Hur uppstår elektricitet?

2. Vad är skillnaden på en elektrisk ledare och en elektrisk isolator?

3. Beskriv vad elektrisk laddning är.

4. Nämn två slags partiklar som har elektrisk laddning.

5. Vad händer när två föremål med samma laddning kommer nära varandra? Vad händer när de har olika laddning?

6. Vad menas med statisk elektricitet?

Aktiviteter

1. Flygande bläckfisken I

Undersök elektriska laddningar och statisk elektricitet. Du behöver en soppåse av tunn plast, en ballong och en bomullstrasa.

a. Klipp plastpåsen så att den får långa fransar, som bläckfiskarmar.

b. Ladda upp plasten genom att gnida den fram och tillbaka mot bomullstrasan några gånger.

c. Ladda upp ballongen genom att gnida den fram och tillbaka mot bomullstrasan några gånger.

d. Släng upp bläckfisken av plast i luften. Håll ballongen under och flytta den för att styra bläckfiskens rörelse.

e. Beskriv vad som händer.

f. Försök att förklara vad som händer.

2. Flygande bläckfisken II

Undersök elektriska laddningar och statisk elektricitet. Du behöver en soppåse av tunn plast, ett plaströr med cirka 2 cm diameter och en bomullstrasa.

a. Klipp plastpåsen så att den får långa fransar, som bläckfiskarmar.

b. Ladda upp plastpåsen genom att gnida den fram och tillbaka mot bomullstrasan några gånger.

c. Ladda upp plaströret genom att gnida röret fram och tillbaka mot bomullstrasan några gånger.

d. Släng upp bläckfisken i luften och styr den med röret.

e. Beskriv vad som händer.

f. Försök att förklara vad som händer.

Bilden: En glödlampa behöver elektrisk ström för att lysa.

Ström och spänning

När du trycker på strömbrytaren där hemma börjar lampan genast att lysa. Också vattenkokaren och mikrovågsugnen startar direkt när du slår på strömknappen.

Här ska vi titta på vad det är som får apparaterna att fungera och varför.

Ord och begrepp

Ampere är den enhet som används för att mäta strömstyrka.

Elektron är en negativt laddad partikel.

Krets är en elektrisk ledning från en strömkälla till en elektrisk apparat och tillbaka genom en annan ledning.

Spänning är ett mått på hur mycket strömkällan knuffar på elektronerna för att få dem att röra sig.

Ström är elektriska laddningar som rör sig.

Strömstyrka är ett mått på hur många elektroner som passerar genom en ledare varje sekund.

Volt är den enhet som används för att mäta spänning.

En sluten krets är en slinga där en elektrisk ström kan flyta.

För att lampan ska lysa måste strömmen gå genom glödtråden som är ansluten till två olika punkter på lampan. I den ena punkten går strömmen in i lampan, i den andra ut.

När strömmen till glödlampan slås på värms den tunna glödtråden upp så kraftigt att den börjar lysa. Glödtråden är fäst på sidan och i botten på lampan.

Om man kopplar ihop ett batteri och en glödlampa börjar lampan att lysa. Glödlampans spets ligger an mot batteriets pluspol och lampans hölje har kopplats till minuspolen med en sladd.

Kretsar

Titta på en vanlig glödlampa eller LED-lampa som man skruvar in i en taklampa. Lampan ansluts till elen i huset på två ställen. Dels på ”knappen” i botten av glödlampan, dels på metallfoten med gängor. Detta beror på att ström måste flyta genom lampan för att den ska lysa, inte bara till lampan.

När man skruvar i lampan i lampsockeln ansluts gängorna till den ena änden av elsystemet medan kontaktknappen i botten på lampan ansluts till den andra änden.

När lampan lyser flyter strömmen genom lampan. Strömmen går från batteriet till lampan genom en ledare, och tillbaka till batteriet genom en annan ledare. Man säger att batteriet och lampan bildar en krets.

Elektrisk ström

När elektriska laddningar rör sig i samma riktning bildas en elektrisk  ström. Inuti en vanlig elsladd finns koppartrådar. Koppartråden leder strömmen till den plats där den ska användas.

Elektrisk ström är en form av energi. En tillräckligt stark ström kan få saker att hända och röra sig. Med ström kan man driva motorer, värma element och spisplattor, lysa upp lampor och driva TV-apparater, datorer eller mikrovågsugnar.

Strömstyrka

Strömstyrka är ett mått på hur många elektroner som passerar genom ledaren varje sekund. Men i stället för att räkna elektronerna en och en använder man enheten ampere (förkortas A).

En strömstyrka på 1 A motsvarar ungefär 6 miljarder miljarder elektroner per sekund.

Strömmen bildas av elektroner som rör sig i en metall. Elektronerna studsar fram och tillbaka mellan atomerna i ledaren. Tittar man tillräckligt länge rör sig alla elektronerna långsamt åt ena hållet genom ledaren. Det är denna långsamma rörelse av elektroner som kallas ström.

Varför har vi ”två hål i väggen”?

För att ström ska kunna flyta genom till exempel en bordslampa måste det finnas en sladd som går till lampan från ett av hålen i vägguttaget. Det måste också finnas en sladd som går tillbaka till det andra hålet. Om du tittar på en vanlig sladd ser du att det finns två kopparledningar inuti.

När du sticker in kontakten i uttaget sluter du kretsen och lampan lyser.

När du ansluter en lampa till ett batteri på rätt sätt skapar du en sluten krets som gör att ström flyter från batteriet genom sladdarna och lampan och tillbaka till batteriet.

Knappen på lampan kan vara kopplad till plus (+) på batteriet och sockeln till minus (–) eller tvärtom. Du kan pröva att ansluta lampan på olika sätt. Lampan lyser lika bra oavsett vilken sida av den som är ansluten till plus på batteriet.

Lampan lyser bara om kretsen är sluten

Om inte kretsen är sluten blir det ett avbrott för strömmen. Då rör sig inte elektronerna och lampan lyser inte.

AA 1,5 V

AA 1,5 V

Lampan lyser lika mycket oavsett vilken sida av den som kopplas till plus på batteriet.

Ett vanligt 1,5 V-batteri har markeringen – vid minuspolen och + vid pluspolen.

Starkströmsledningar är effektiva elektriska ledare.

Elektrisk spänning

Men varför lyser egentligen lampan? Det som händer är att strömmen överför energi från batteriet till lampan. Energin får lampan att sända ut ljus. Beroende på vad det är för sorts lampa sänds ljuset ut på olika sätt. Tittar du på ett vanligt runt batteri ser du att det är markerat med texten ”1,5 V”. På andra batterier står det kanske ”3 V” eller ”9 V”. Siffran anger spänningen mellan plus och minus på batteriet och V är enheten för elektrisk spänning, volt.

Lampans ljusstyrka bestäms av spänningen

En högre spänning på batteriet betyder att det kan skicka mer ström genom lampan. Lampan kommer då att lysa starkare.

AA 1,5 V

AA 1,5 V

AA 1,5 V

Om man kopplar en lampa till ett 3-voltsbatteri lyser den dubbelt så starkt som med ett 1,5-voltsbatteri.

Spänning

Hur mycket spänningen ”knuffar” på elektronerna för att få dem att röra sig mäts i enheten volt (V). Spänningen bestämmer hur mycket energi varje elektron avger när den rör sig.

En större spänning får därför en lampa att lysa starkare, eftersom varje elektron som når fram till lampan lämnar ifrån sig mer elektrisk energi.

Det som får elektronerna i ledaren att röra sig kallas elektrisk spänning. När en lampa kopplas in mellan plus och minus på batteriet kommer elektronerna som finns i ledaren och lampan att påverkas av spänningen och börja röra sig genom kretsen.

Elektronerna rör sig bara om de känner av spänningen från båda polerna på batteriet. Om man bryter kretsen försvinner spänningen och strömmen slutar att flyta. batteriet inkopplat

batteriet urkopplat

Överst: Elektronerna i ledaren rör sig bara om batteriet är inkopplat i både plusänden och minusänden. Underst: Om batteriet tas bort ur kretsen stannar elektronerna upp eftersom det inte finns någon spänning som drar i dem. Då fungerar inte kretsen.

Elektronernas hastighet i en ledare

Du har kanske märkt att lampan börjar lysa genast när du trycker på strömbrytaren där hemma. Man kan lätt tro att detta beror på att elektronerna rör sig väldigt snabbt genom kretsen. Så är det faktiskt inte – tvärtom är elektroner ganska långsamma. I en elektrisk ledare rör de sig med en hastighet av bara några centimeter per sekund, vilket betyder att du lätt skulle kunna krypa ifatt dem.

Orsaken till att lampan börjar lysa genast finns i sladdarna och lampan. Dessa är nämligen redan fulla av elektroner som börjar röra sig så fort kretsen sluts. Det är alltså de elektroner som redan finns i lampan som får lampan att börja lysa när du trycker på strömbrytaren och sluter kretsen, inte de elektroner som just då lämnar batteriet.

installationer har ofta en varningsskylt.

Var försiktig med elen

Elen kan vara farlig, särskilt den el som kommer direkt ur vägguttagen. Spänningen är 230 V och man kan få en kraftig strömstöt om man inte är försiktig.

Det mesta av elen hemma får man därför inte arbeta med själv. Det måste göras av en specialutbildad elektriker. Men man får byta säkringar och glödlampor om man vet hur man gör.

Elen i batteridrivna saker som ficklampor, radiostyrda bilar och brandvarnare är däremot inte farlig. Batterierna kan inte ge så stark ström att man kan skada sig av den.

Det finns några enkla saker du kan hålla koll på för att inte skada dig av elektricitet:

– De flesta nya hus har en jordfelsbrytare. Den bryter strömmen från elskåpet om något i elsystemet skulle gå sönder. Äldre hus och lägenheter brukar inte ha jordfelsbrytare, men om man bygger nytt måste en sådan finnas. Fråga dina föräldrar om det finns en jordfelsbrytare där du bor.

– Alla sladdar ska vara hela och sitta fast ordentligt i apparaten eller stickkontakten.

Elektriska

– Om en sladd har fått en skada eller gått av måste den bytas ut. En sådan sladd får inte lagas. En skadad sladd kan orsaka gnistor eller kortslutning. Då kan det börja brinna.

– Dra inte i sladden till stickproppen om du ska ta ut den ur vägguttaget. Då kan sladden åka ur stickproppen och både den och sladden kan skadas. Dra alltid i kontakten!

– Stäng alltid av strömmen om du inte ska använda en apparat. Då sparar du energi – och pengar!

– Peta inte på eller i apparater med några som helst föremål. Metallföremål är särskilt farliga eftersom de leder ström. Om du har otur kan du komma åt elledningar eller kontakter och du kan få en farlig stöt.

– Vatten och el tillsammans är alltid farligt. Använd aldrig eldrivna apparater i badrummet, bara sådana som har egna batterier. Håll aldrig i apparater med våta händer eller om golvet är vått.

Sammanfattning

@ En krets är en sluten slinga där en elektrisk ström kan flyta.

@ När elektriska laddningar rör sig i en och samma riktning uppstår en elektrisk ström, som är en form av energi.

@ En högre spänning på batteriet betyder att det kan skicka mer ström genom lampan. Lampan kommer då att lysa starkare.

@ Om man bryter en sluten krets försvinner spänningen och strömmen slutar att flyta.

@ Var försiktig med elen!

Följ reglerna för att hålla på med el så du inte får en stöt och skadar dig.

Elektricitet

Ström och spänning

Instuderingsuppgifter

1. Vad är elektrisk ström?

2. Vad är elektrisk spänning?

3. Vad menas med en elektrisk krets?

4. Vad behövs för att en glödlampa ska lysa?

5. Varför har väggkontakten två hål för att ansluta elektriska apparater?

6. Hur påverkar strömstyrkan hur en lampa lyser?

7. Vad är enheten för strömstyrka?

8. Vad är enheten för spänning?

9. Varför måste kretsen vara sluten för att lampan ska lysa? Vad behöver man göra med kretsen för att släcka lampan?

Aktivitet

Sluten krets

Undersök hur en glödlampa fungerar och hur den kopplas in i en krets. Du behöver en 1,5 V glödlampa, ett 1,5 V batteri och en sladd.

a. Koppla ihop sladden och batteriet så att lampan lyser.

b. Rita en figur över hur lampan ser ut inuti.

c. Försök att med hjälp av figuren förklara hur du ska koppla kretsen.

d. Varför lyser lampan när du har kopplat den så som du har gjort?

Elektriska kopplingar

Hur bygger man komplicerade tekniska apparater som datorer, rymdstationer och ubåtar? Superjumboplanet A380, rymdfärjan och fusionsreaktorn ITER hör till de mest avancerade tekniska apparater som hittills byggts.

Lösningen är elektricitet och elektroniska komponenter som kontrollerar allt som händer, mäts och styrs i dessa fantastiska maskiner.

Ord och begrepp

Elektriska komponenter är delar i en elektrisk krets där var och en har en speciell uppgift.

Elektriska symboler visar de elektriska komponenterna i en krets.

Kopplingsschema är en ritning över ledningarna och komponenterna i en elektrisk krets.

Parallellkoppling är när man kopplar två eller flera elektriska komponenter så att strömmen kan gå olika vägar genom en krets.

Seriekoppling är när man kopplar två eller flera elektriska komponenter efter varandra på samma ledning.

Bilden: Om du vill koppla upp julbelysningen, ska du då använda seriekoppling eller parallellkoppling?

Använd gärna återuppladdningsbara batterier i stället för sådana som behöver slängas när de har använts. Det blir billigare och är mer hållbart.

Komponenter

Det finns många slags elektriska komponenter, var och en med sin speciella uppgift. Exempelvis kan de ge ström, spara laddning, förstärka ström, spara, sända eller ta emot data och få saker att låta, lysa och värmas.

Här ska vi att titta på de tre viktigaste elektriska komponenterna: batteri, lampa och strömbrytare.

Batteri

Batteriet är kanske den allra viktigaste komponenten i en krets. Utan ett batteri eller annan strömförsörjning kan inte elektronerna röra sig. Batteriet är alltså en källa för elektrisk ström.

Ett batteri har två poler, en pluspol (+) och en minuspol (–). Om en apparat kopplas till båda polerna samtidigt kan man ta ut energi från batteriet som elektrisk ström.

Inuti batteriet finns kemiska ämnen, och den kemiska energin i dessa omvandlas till elektrisk energi. Det finns olika slags kemiska reaktioner som kan användas i batterier. När det kemiska bränslet har omvandlats helt är batteriet slut (glöm inte att slänga batteriet i en batteriholk).

Lampor

En lampa sprider ljus. Nuförtiden finns många typer av energisnåla lampor som man kan koppla till små batterier eller i vägguttaget.

Nya LED-lampor drar mycket lite ström, bara en bråkdel av de gamla glödlamporna. De håller också längre. Det är bra för miljön.

LED-lampor kan drivas av batterier som laddas upp med solceller. Därför kan man numera få ljus och elektricitet även i mycket fattiga länder

Olika slags batterier för små apparater. De runda har 1,5 V spänning och de fyrkantiga har 9 V spänning.

eller på avlägsna platser där det inte finns elnät. Konstruktörerna av den blå LED-lampan fick Nobelpriset i fysik 2014 för sin viktiga upptäckt, som gjorde det möjligt att skapa vitt LED-ljus.

Strömbrytare

En strömbrytare är en apparat för att sluta och bryta strömmen i en krets. Strömbrytaren kan vara en vippa som man ställer i två olika lägen eller en knapp som man trycker på. Du har många sådana på väggarna i ditt hem.

Kopplingsschema

En krets med många komponenter kan bli omständlig och tidsödande att rita om man ska kunna känna igen delarna i kretsen. Därför förenklar man det hela genom att använda symboler i stället. Man ritar ett kopplingsschema.

Symbolerna i kopplingsschemat

En ledare ritas som ett streck. En öppen strömbrytare ritas som en öppnad grind. Då kan ingen ström flyta i kretsen. En stängd brytare ritas som ett streck, precis som en ledare.

Ett batteri ritas som två parallella streck där det ena är lite längre än det andra. Det längre strecket är pluspolen.

En lampa ritas som en cirkel med ett kryss i.

lampa batteri stängd strömbrytare öppen strömbrytare ledare

En strömbrytare släpper igenom strömmen i det ena läget och bryter strömmen i det andra läget.

Vi börjar med att titta på kopplingsschemat för kopplingen med ett batteri och en lampa.

Till vänster ses lampan ansluten till ett batteri och till höger samma krets ritad med symboler i ett kopplingsschema.

Ficklampan

En ficklampa drivs med batterier. Med en strömbrytare kan lampan tändas och släckas. Ofta används två eller tre 1,5 V-batterier så att spänningen är 3 V eller 4,5 V. En del ficklampor har ett återuppladdningsbart batteri som laddas upp när ficklampan monteras i en batteriladdare som är inkopplad i vägguttaget.

När ficklampan är släckt är kretsen bruten och ingen ström flyter genom den. Strömbrytaren står i av-läge och de två blecken (som är svarta i teckningen) har inte kontakt med varandra. lampa reflektor strömbrytare

hölje batteri

När ficklampan är tänd är kretsen sluten och strömmen flyter från batteriet genom hela kretsen. Strömbrytaren står i på-läge och de två blecken har kontakt med varandra.

AA 1,5 V

Seriekoppling och parallellkoppling

Vi ska nu se hur man kan koppla in flera lampor i samma krets och vad som då händer.

Seriekoppling

Om man kopplar lamporna en efter en på samma ledning, i serie efter varandra, gör man en seriekoppling.

Ett exempel på en krets som ofta är seriekopplad är en julgransslinga. I en sådan måste strömmen passera genom varje lampa, en efter en, i tur och ordning.

Om en av lamporna skruvas loss lite kommer därför alla lampor att slockna eftersom det blir ett avbrott i kretsen.

(Att släcka en seriekopplad julgransbelysning är ett bra julbus eftersom man måste testa varje lampa för sig.)

Kopplingsschema för en elektrisk julgransbelysning med åtta seriekopplade lampor.

Parallellkoppling

Att koppla alla saker hemma med seriekoppling vore inte så praktiskt. Då skulle alla saker som behöver elektricitet sluta att fungera om man släckte en lampa eller bröt kretsen på något annat sätt.

Det finns ett annat sätt att koppla de två lamporna på. Man kan parallellkoppla lamporna, vilket betyder att lamporna är kopplade direkt till batteriet så att strömmen delar upp sig och passerar båda lamporna.

I ett kretsschema ser det ut som om de två lamporna ligger parallellt med varandra på två sidospår från samma ledning.

Kopplingsschema för ett bilbatteri med parallellkopplade lampor. Den ena lampan fortsätter att lysa om den andra går sönder eftersom båda är kopplade direkt till batteriet.

Sammanfattning

@ Spänningskällan är den viktigaste komponenten i en krets. Utan ett batteri eller någon annan strömförsörjning kan inte elektronerna röra sig och ingen ström skapas.

@ En strömbrytare är en komponent för att sluta och bryta strömmen i en krets, så att till exempel en lampa kan slås på och av.

@ I ett kopplingsschema förenklar man komponenternas utseende genom att rita dem med symboler.

@ Om man kopplar lamporna en efter en på samma ledning, i serie efter varandra, gör man en seriekoppling.

@ I en parallellkopplad krets är varje lampa kopplad direkt till batteriet så att strömmen delar upp sig och passerar alla lamporna.

Elektricitet

Elektriska kopplingar

Instuderingsuppgifter

1. Vilka är de tre mest grundläggande elektriska komponenterna i en krets?

2. Vad är ett kopplingsschema och varför används sådana när man arbetar med elektriska kretsar?

3. Varför behövs ett batteri i en elektrisk krets?

4. Hur kan du avgöra vilken pol som är positiv och vilken som är negativ på ett batteri?

5. Vilka fördelar har LED-lampor jämfört med glödlampor?

6. Om det är samma batteri i följande två kopplingar, vilka lampor lyser då starkast?

a.

b.

7. Skriv ner när det kan vara bra att ha lampor seriekopplade respektive parallellkopplade.

8. Ge exempel på när seriekopplade lampor och parallellkopplade lampor används.

Aktivitet

Undersök en enkel krets

Koppla en enkel elektrisk krets med 3 V batteri, strömbrytare, glödlampa och sladdar. Du behöver också en plastkork, ett suddgummi, ett gem och ett batteri med högre spänning (till exempel 6 V).

a. Vad händer med lampan när kretsen är sluten? Är strömbrytaren öppen eller stängd då?

b. Vad händer med lampan när du bryter kretsen? Är strömbrytaren öppen eller stängd då?

c. Byt ut batteriet mot ett som har högre spänning. Vad händer med lampans ljusstyrka?

d. Byt ut strömbrytaren mot plast, gummi och metall, var och en i sänder. Vilka av dessa tre material är elektriska ledare? Hur kan du avgöra det?

Seriekopplade lampor

Syfte

Att undersöka en krets med seriekopplade lampor.

Det här behöver du – Två lampor med lamphållare.

– 6 V-batteri.

– Tre sladdar.

Gör så här

1. Koppla upp en krets med batteri, sladdar och lampa.

2. Notera hur starkt en ensam inkopplad lampa lyser.

3. Koppla in ytterligare en lampa enligt kopplingsschemat på denna sida så att lamporna ligger i serie med varandra.

4. Notera hur starkt de två seriekopplade lamporna lyser.

Frågor

1. Hur starkt lyser en lampa jämfört med när två lampor är inkopplade i kretsen? Är det någon skillnad?

2. Vad händer om du kopplar loss en av lamporna?

3. Kan du förklara dina observationer? Vad händer i kretsen?

LABORATION

Parallellkopplade lampor

Syfte

Att undersöka en krets med parallellkopplade lampor.

Det här behöver du – Två lampor med lamphållare.

– 6 V-batteri.

– Fyra sladdar.

Gör så här

1. Koppla upp en krets med batteri, sladdar och lampa.

2. Notera hur starkt en ensam inkopplad lampa lyser.

3. Parallellkoppla ytterligare en lampa enligt kopplingsschemat på denna sida.

4. Notera hur starkt de två parallellkopplade lamporna lyser.

Frågor

1. Hur starkt lyser en lampa jämfört med när två lampor är inkopplade i kretsen? Är det någon skillnad?

2. Vad händer om du kopplar loss en av lamporna?

3. Kan du förklara dina observationer? Vad händer i kretsen?

Kraft och rörelse

Bilden: Hundspannet dras framåt av kraften från hundarna.

Krafter

Allt som händer i din vardag handlar om krafter och rörelser och hur de hänger samman. Vi börjar med att titta på krafter som finns i vår omgivning. Exempel på sådana krafter är tyngdkraft, dragkraft och friktionskraft.

Ord och begrepp

Avståndskrafter verkar på avstånd mellan föremål.

Dragkrafter är krafter som drar i föremål och påverkar deras rörelse.

Friktion är en kontaktkraft som försvårar för ett föremål att röra sig.

Kontaktkrafter verkar mellan föremål som är i kontakt med varandra.

Krafter kan förändra ett föremåls hastighet eller form och har både riktning och storlek.

Motkraft är en kraft som motverkar en annan kraft.

Newton är enheten för kraft.

Normalkraften verkar vinkelrätt mot ytan som ett föremål står på.

Tryck är detsamma som kraft per ytenhet.

Tyngdkraften drar ett föremål mot marken.

Krafter i vardagen

Du har säkert åkt flygplan någon gång. Kanske tycker du att det är fantastiskt roligt, lite som att åka karusell, när planet startar och landar.

När planet startar står det först stilla. Sedan slås motorerna på med full kraft och planet rör sig snabbare och snabbare tills det lämnar marken.

Det är inte bara när du sitter i ett flygplan som du påverkas av krafter. Faktum är att du blir påverkad av mängder av krafter varje dag, även om du inte tänker på det.

Krafter bestämmer faktiskt allt som händer i vår omgivning: hur saker och ting rör sig, hur tunga de är att lyfta eller dra, om du sitter kvar i slänggungan på tivolit eller om du halkar på isen.

I en dragkamp gäller det att ha bra skor och starka armar!

När brännbollsracketen träffar bollen påverkar den bollen med en kraft som gör att den flyger iväg.

Exempel på krafter

Spelar du fotboll? Då har du säkert någon gång fått till en perfekt träff på bollen. Ett snyggt mål rakt i krysset!

Boxaren tränar sin teknik och muskelstyrka genom att slå på en sandsäck. Du kanske har provat själv? Gång på gång får säcken en rejäl smäll som känns i hela armen. Säcken rör sig också, men bara lite grann.

När du spelar tennis eller pingis behöver du en rejäl sving för att få fart på bollen. Det räcker förstås inte med en ren träff mitt på racketen, du behöver rikta slaget så att bollen går exakt dit du vill ha den också.

Hur länge orkar du hålla upp din mobiltelefon på utsträckt arm? Armen vill falla nedåt men du spjärnar emot. Jämför med att hålla en bok på samma sätt. Det känns som att armen dras nedåt ännu mer när du håller i något tungt.

Alla dessa exempel handlar om krafter.

– Kraften från foten överförs till fotbollen som börjar fara iväg.

– Kraften från boxhandsken överförs till den tunga sandsäcken som börjar svaja.

– Kraften från armen och tennisracketen överförs till den lätta tennisbollen som sticker iväg.

– Tack vare tyngdkraften känns det som att tunga föremål dras nedåt med större kraft än lätta.

Kraften från boxarens handske får sandsäcken att gunga.

När du kastar kulan får den en kraft från handen. När kulan träffar kulhögen överförs kraften från handen till de andra kulorna. De far iväg åt alla håll.

Vad är en kraft?

Enheten för kraft

Enheten för kraft är newton (N). Jordens gravitation på massan 1 kilogram är ungefär 10 N.

Som du märkte kan krafter förändra hastigheten hos ett föremål.

Krafter kan också förändra formen på föremål – sandsäcken blir förstås intryckt när boxhandsken träffar den. Om du råkar trampa på en tom läskburk blir den tillknycklad.

Krafter kan också få föremål att rotera. Om du ställer en cykel upp och ner och sätter snurr på ett hjul med handen påverkar handen hjulet med en kraft. Om du träffar sandsäcken snett börjar den att snurra.

Av ord som dragkraft, tyngdkraft och lyftkraft förstår man att en kraft har en bestämd riktning.

– Träffar du fotbollen på exakt rätt ställe hamnar den precis i krysset, helt otagbar för målvakten.

– Servar du tennisbollen i exakt rätt vinkel gör du ett serveess.

– Boken och mobiltelefonen vill falla rakt nedåt, och det gör de också om du släpper dem.

Alla krafter har också en bestämd storlek. Slår du sandsäcken för löst händer nästan inget alls – kraften är för liten. Får du en kantträff med tennisracketen går bollen inte över nätet.

Krafter uppstår på olika sätt

Krafter kan ha många orsaker.

– Tyngdkraften beror på gravitationen, som drar alla föremål mot varandra. Men den märks bara när föremålets massa är riktigt stor, alltså när det innehåller mycket material.

Månar, planeter och stjärnor påverkar varandra mycket med sina tyngdkrafter, men äpplen, bilar och atlantångare är för lätta för att påverka varandra.

– Elektriska och magnetiska krafter skapas av elektriska fält och är viktiga i exempelvis elmotorer.

I mängder av apparater som rör sig finns en elektromagnet eller motor av något slag, som inte hade fungerat utan elektricitet och den kraft man kan få ut av den.

– Dragkrafter och friktionskrafter påverkar hur fort bilen rör sig och hur tvära svängar du kan göra på skridskorna. Om det inte finns någon friktion mellan bilens hjul och underlaget kan inte ens den största motorns dragkraft förändra rörelsen. Detta händer under vattenplaning, när bilens däck glider utan motstånd på vattnets yta.

Olika slags krafter

Avståndskrafter och kontaktkrafter

Man brukar dela upp krafterna i två slag: avståndskrafter och kontaktkrafter.

Avståndskrafter verkar på avstånd. Ett exempel är jordens gravitation på mobiltelefonen eller boken. En annan avståndskraft är den magnetiska kraften som får en kompassnål att rikta sig mot norr.

Kontaktkrafter verkar bara mellan föremål som rör vid varandra. Exempel är kraften mellan foten och fotbollen, mellan boxhandsken och sandsäcken och dragkraften i snöret när du drar i en pulka.

Alla krafter har en storlek och en riktning. Om du lutar dig mot en vägg kommer väggen att påverka dig med en lika stor kraft tillbaka. Man säger att varje kraft har en motkraft.

Om man sitter på ett bord påverkas man av tyngdkraften som verkar nedåt och normalkraften som verkar uppåt. Dessa krafter är lika stora. Tyngdkraften är en avståndskraft medan normalkraften är en kontaktkraft.

Kraften och motkraften tar ut varandra

Ett föremål som står still påverkar ett annat föremål med en kraft som är riktad åt ett håll. Det andra föremålet påverkar samtidigt det första med en motkraft som är lika stor, men riktad åt andra hållet. Kraften och motkraften tar ut varandra.

När alla krafter som verkar på föremålet är lika stora står föremålet still.

Summan av normalkrafterna är lika stora som tyngdkraften.

Krafter och motkrafter

Om du står på marken med fötterna tätt ihop verkar din tyngdkraft rakt neråt, mitt emellan fötterna. Men du sjunker inte genom golvet. Det beror på att det från golvet verkar en lika stor motkraft. Denna motkraft kallas normalkraft.

Det finns många andra motkrafter. Om du försöker dra en pulka på våt och tung snö får du dra ganska hårt i snöret innan det händer något. Innan pulkan börjar röra sig motverkas dragkraften helt av friktionen mellan pulkan och snön. I den riktning som du drar, framåt, är friktionskraften då precis lika stor som dragkraften men riktad åt motsatt håll. Dragkraften och friktionskraften är varandras motkrafter. När du drar hårdare i snöret kommer dragkraften till slut att bli större än friktionskraften. Först då börjar pulkan att röra sig.

För alla föremål som står stilla tar alla krafter ut varandra. Alla krafter som verkar på föremålet har då en motkraft som är lika stor.

När du står på isen dras du neråt av jordens tyngdkraft. Isen spjärnar emot tack vare normalkraften som verkar uppåt. Normalkraften är alltså motriktad mot tyngdkraften. Eftersom tyngdkraften och normalkraften är lika stora står du kvar på isen i stället för att sjunka igenom.

Isaac Newton

Engelsmannen Isaac Newton, som levde mellan 1642 och 1727, anses vara en av de största vetenskapsmännen i historien. Hans naturvetenskapliga studier och undersökningar förändrade vår bild av världen.

I fysiken utforskade han hur krafter på föremål påverkar deras rörelse. Han ägnade sig särskilt åt dragningskraften eller gravitationen mellan massor, som vi upplever som tyngd. Med gravitationen kunde Newton förklara mycket av det man redan kände till om solsystemet, till exempel varför planeterna rör sig som de gör runt solen.

Bland mycket annat upptäckte han också att vitt ljus är en blandning av många färger.

Han konstruerade även det första spegelteleskopet, som på många sätt var bättre än linsteleskopet som italienaren Galileo Galilei första gången använde för att studera stjärnhimlen 1610.

Tryck

Isaac Newtons spegelteleskop.

Tryck och krafter hänger ihop. Om du är på stranden och trycker din hand hårt mot sanden kommer den bara att bilda ett grunt märke. Om du däremot trycker ner ett finger med samma kraft sjunker den djupt ner.

Kraften är densamma, men din hands yta är mycket större än fingrets. Trycket beror alltså både på kraftens storlek och på ytans storlek och kan skrivas som kraften per yta.

– När du trycker fast ett häftstift i väggen kommer det att sjunka in eftersom spetsens yta är mycket mindre än ytan på häftstiftets huvud.

– Ytan på dina skidor är större än ytan på dina skor, men kraften mot snön är densamma. Det gör att du inte sjunker ner i snön.

Du stöter på tryck även i andra sammanhang:

– Ju djupare du dyker i simbassängen, desto större blir trycket på trumhinnorna. Det beror på att tyngden från vattnet blir större.

– När du pumpar cykeln ökar lufttrycket inuti slangen. Det beror på att antalet luftmolekyler blir fler och därför blir kraften mot slangen större.

Sammanfattning

@ Tyngdkraften drar alla föremål mot varandra och är större ju större massa ett föremål har.

@ Dragkrafter bestämmer hur fort ett föremål rör sig.

@ Friktionskrafter bestämmer om ett föremål glider eller står still.

@ Enheten för kraft är newton (N).

@ Avståndskrafter verkar på avstånd, som tyngdkraften.

@ Kontaktkrafter verkar mellan föremål som rör vid varandra, som friktionen.

Kraft och rörelse Krafter

Instuderingsuppgifter

1. Beskriv tre tillfällen när du träffar på krafter under en vanlig dag. Vilken kraft verkar vid de olika tillfällena?

2. Vad är en kraft och vad kan krafter göra med föremål?

3. Varför sjunker inte föremål genom marken och vad är det som förhindrar det?

4. Vad är Isaac Newton känd för inom fysiken?

5. Vilken enhet används för att mäta kraftens storlek?

6. Vilka två typer av krafter finns det? Hur skiljer de sig från varandra?

7. Förklara hur kraft och motkraft fungerar och ge ett exempel.

8. Beskriv en situation när följande krafter är viktiga:

a. dragkraft

b. normalkraft

c. friktionskraft

d. tyngdkraft

e. tryckkraft.

Aktiviteter

1. Dragkamp

Dela upp klassen i två lag och ordna en dragkamp i klassrummet eller korridoren där ni försöker dra varandra över en markerad linje.

a. Sätt på er skorna. Om båda lagen drar men ni ändå inte rör er ur fläcken, hur ser krafterna ut?

b. Låt det lag som vann dragkampen ta av sig skorna så att de bara har strumpor på sig. Det lag som förlorade innan behåller skorna på. Vilket lag vinner dragkampen nu?

c. Blev det någon skillnad? Varför? Diskutera i klassen.

2. Friktion

Ibland vill man ha hög friktion och ibland inte. Diskutera frågorna nedan med en klasskamrat.

a. Varför oljar man cykelkedjan?

b. Varför byter man till vinterdäck när det börjar bli kyligare?

c. Varför vallar man längdåkningsskidor?

d. Varför sandar eller saltar man vägarna när det är halt?

e. Finns det något annat tillfälle då man vill öka eller minska friktionen?

LABORATION

Luftens kraft

Syfte

Att undersöka kraften i varm luft.

Det här behöver du – Mjuk PET-flaska. – Ballong. – En frys. – En hink. – Riktigt varmt kranvatten.

Gör så här

1. Lägg in en PET-flaska i frysen, tom och utan kork. Låt den ligga i en halvtimme.

2. Ta ut flaskan ur frysen och sätt en ballong över öppningen.

3. Vänta tills flaskan har värmts upp till rumstemperatur. Vad har hänt?

4. Fyll en hink eller stor kastrull med hett kranvatten och sänk ner flaskan i vattnet. Vad händer?

Frågor

1. Beskriv dina observationer med både text och teckningar.

2. Försök förklara vad som händer.

LABORATION

Bollmagi

Syfte

Att undersöka hur tryck fungerar.

Det här behöver du

– Pingisboll eller flörtkula av frigolit.

– Sugrör som är ledat i ena änden och går att böja.

– Tratt.

Gör så här

Sugrör

1. Blås i den långa delen av sugröret och vinkla den korta änden uppåt.

2. Håll bollen i luften framför änden av sugöret.

3. Släpp bollen i luftblåset från sugröret.

Tratt

1. Håll tratten med stora öppningen neråt.

2. Blås i trattens smala ände som om den vore en trumpet. Forma munnen som en trumpetare gör så att luftstrålen blir smal och får fart.

3. Håll bollen i tratten, blås och släpp bollen.

Frågor

1. Beskriv vad som händer när du blåser genom sugröret.

2. Beskriv vad som händer när du blåser genom tratten.

3. Försök att förklara dina observationer.

Fakirballongen

Syfte

Att undersöka hur tryck fungerar.

Det här behöver du – Två ballonger.

– En smal, vass grillpinne av trä eller en sticka (cirka 3 mm i diameter) som är längre än en uppblåst ballong.

– Lite diskmedel.

Gör så här

1. Blås upp båda ballongerna.

Ballong 1

1. Smörj lite diskmedel på ballongens sida

2. Försök sticka in den vassa pinnen i ballongen utan att den går sönder.

Ballong 2

1. Smörj lite diskmedel på bägge ändarna av ballongen, både på den ände där du blåste in luften och i andra änden.

2. Försök sticka in den vassa pinnen genom hela ballongen utan att den går sönder. Du kan behöva snurra lite för att få hål i ballongen.

Frågor

1. Beskriv vad som händer med ballong 1.

2. Beskriv vad som händer med ballong 2.

3. Försök förklara dina observationer.

LABORATION

Spikmatta

Syfte

Att undersöka hur tryck fungerar.

Det här behöver du – Ett häftstift.

– Pappskiva med många fastsatta häftstift nära varandra som stiften går igenom.

– Två ballonger.

Gör så här

1. Blås upp de två ballongerna.

2. Tryck den ena ballongen mot det ensamma häftstiftet.

3. Observera vad som händer.

4. Tryck den andra ballongen mot de många häftstiften på pappskivan.

5. Observera vad som händer.

Frågor

1. Beskriv vad som händer när ballongen trycks mot det ensamma häftstiftet.

2. Beskriv vad som händer när ballongen trycks mot de många häftstiften.

3. Försök förklara dina observationer.

Bilden: I åkattraktionen ”Fritt fall” på nöjesparken faller man snabbt nedåt. Det är jordens tyngdkraft som drar dig nedåt.

Rörelser

Alla rörelser uppstår på grund av krafter. Det gäller allt i naturen och samhället – från jordens rörelse runt solen till vågorna på sjön och dina ögon som rör sig över boksidan när du läser.

Krafter påverkar också jämvikter och stabilitet.

All fysik kan på ett eller annat sätt sägas handla om rörelse. Kan du komma på något som står alldeles still?

Vi ska här titta på hur krafter ger upphov till rörelse och jämvikt i några enkla situationer som du säkert känner igen.

Ord och begrepp

Fritt fall är när ett föremål inte påverkas av några andra krafter än tyngdkraften.

Jämvikt är när ett föremål är i balans och alla krafter som försöker ändra föremålets läge tar ut varandra.

Kastbana är den rörelse en boll följer genom luften när den kastas.

Rörelse innebär att ett föremål förändrar sitt läge.

Tryckkraft är en kraft som uppstår när något trycker på ett föremål.

Tyngd eller tyngdkraft är en dragningskraft från jorden som verkar på en kropp.

Tyngdlöshet betyder att ett föremål inte påverkas av någon kraft som motverkar tyngdkraften.

Tyngdpunkt är den punkt i ett föremål som tyngdkraften verkar på.

Galileo Galilei släppte små och stora stenkulor från lutande tornet i Pisa på 1500-talet. Föremålen nådde marken samtidigt eftersom de påverkades lika mycket av tyngdkraften.

Fritt fall

Ett föremål som faller rakt ner mot marken befinner sig i fritt fall.

Ska man vara petig är det inte fråga om riktigt fritt fall eftersom luften bromsar föremålets fart. Men om föremålet är litet och tungt, och fallhöjden inte är så hög, bromsar luften mycket lite.

Om man bortser från luftmotståndet faller alla föremål lika snabbt. Utan luft, som på månen, skulle ett stycke bly falla lika snabbt som en fågelfjäder.

Tyngdlöshet

Att befinna sig i fritt fall är som att sväva tyngdlöst i rymden. Man känner inte någon tyngd eftersom det inte finns någon kraft som motverkar tyngdkraften.

När astronauterna landade på månen filmade de när de släppte en hammare och en fjäder. Eftersom det inte finns något luftmotstånd på månen landade båda samtidigt.

En satellit i omloppsbana runt jorden befinner sig hela tiden i fritt fall, och det är denna rörelse som gör att satelliter rör sig varv efter varv runt jorden. Man kan se det som att tyngdkraften verkar på satelliten hela tiden och drar den nedåt mot jordens centrum, men att rörelsen framåt gör att satelliten hela tiden missar jorden.

Krafter och friktion

Dragkraft och friktion

Med dragkraft kan man få ett föremål att röra sig. Men det händer bara om dragkraften är större än friktionskraften. Drar du för löst i en pulka med kompisen i kommer pulkan inte att röra sig. För att få pulkan att röra sig måste du dra med en kraft som är större än friktionskraften. Om du slutar dra kommer friktionskraften ganska snart att få pulkan att stanna.

På samma sätt som friktionskraften kan förhindra en rörelse att sätta igång kan den få ett föremål som rör sig att stanna.

Tyngdkraft och friktion

En boll som du kastar iväg sätts i rörelse på grund av den tryckkraft som verkar från handen mot bollen. Tryckkraften får bollen att fara iväg.

Om du kastar iväg en tung boll påverkas den knappt av luftmotståndet. Bollen rör sig först uppåt men når snart sin högsta punkt och närmar sig sedan marken igen. En kraft drar alltså bollen neråt mot marken. Denna kraft är du också bekant med – tyngdkraften.

Den bana som bollen tar genom luften kallas kastbana.

Om du kastar en mycket lätt boll (till exempel en badmintonboll eller en ballong) kommer du att märka att dess hastighet minskar under kastet. Detta beror på en kraft som du känner väl – friktionen. Friktionskraften kommer från kollisioner mellan bollens yta och molekylerna i luften.

Bollen far iväg tack vare tryckkraften från handen. Bollen rör sig i en kastbana.

Tyngdpunkt

Alla föremål har en tyngdpunkt. Det är den punkt som sammanlagda tyngdkraften verkar på. Men oftast säger man bara att tyngdkraften verkar på tyngdpunkten.

I en druvklase dras varje druva mot jorden av tyngdkraften. Man kan ersätta alla de små krafterna från varje druva med en stor kraft som är summan av alla små krafter. Den sammanlagda kraften börjar i druvklasens tyngdpunkt.

Tyngdpunkt

Om du har försökt att balansera ett badmintonracket i handen vet du att det är ganska enkelt efter en liten stund. Men att balansera ett pingisracket är betydligt svårare. Varför är det egentligen så?

Tyngdkraften verkar på varje liten del av ett föremål. Om man skulle lägga ihop alla dessa små tyngdkrafter skulle man kunna ersätta dem med en enda sammanlagd tyngdkraft. Tyngdkraften verkar i en punkt i föremålet där lika mycket av föremålets massa finns i alla riktningar. Denna punkt kallas tyngdpunkten.

För föremål med enkel form är det lätt att hitta tyngdpunkten. I till exempel en rak bräda är tyngdpunkten i mitten. Men tyngdpunkten behöver inte ligga inuti själva föremålet. En hästsko har sin tyngdpunkt i tomrummet mellan de båda armarna.

En hästsko har sin tyngdpunkt i tomma luften. En träkloss har sin tyngdpunkt i mitten.

Vänster: När man står stadigt på marken med båda fötterna är kroppen i balans. Tyngdkraften pekar då rakt ner mellan fötterna. Mitten: Om man lyfter sitt ena ben lutar kroppen åt samma håll eftersom kraftpilen hamnar utanför foten. Utan att tänka på det rör man sig för att komma i balans igen. Höger: När man har återfunnit balansen är tyngdpunkten rakt ovanför foten och kraftpilen går rakt genom stödytan.

Balans och jämvikt

Om man hänger upp ett föremål i sin tyngdpunkt kommer det att vara i balans, oavsett hur föremålet ser ut. Det betyder att föremålet inte tippar eller roterar åt något håll. Ibland säger man jämvikt istället för balans.

Vi kan ta en gungbräda som exempel. Den vilar på ett stöd som är fäst i brädans tyngdpunkt. Oavsett i vilken vinkel vi ställer brädan kommer den att stå kvar i det läget. Brädan är då i balans. Men om man placerar ett äpple vid ena änden kommer brädan att röra sig neråt åt det hållet. Gungbrädan är inte längre i balans. Rörelsen slutar först när gungbrädans ände nuddar marken.

Om du står stadigt med båda fötterna på marken och lyfter upp det ena benet kommer du att hamna ur balans. Automatiskt rör du på kroppen så att din tyngdpunkt hamnar rakt ovanför den fot som står kvar på marken. Då återfår du balansen.

Man kan uttrycka situationen på följande sätt: om kraftpilen genom tyngdpunkten faller utanför stödytan välter föremålet. Stödytan är de delar av föremålet som står på underlaget.

Ju större stödytan är, desto stabilare står föremålet och desto svårare är det att välta det. Man säger att ett föremål som står stadigt har bra jämvikt. Ett föremål som står ostadigt har dålig jämvikt.

Balans

Om man hänger upp ett föremål i sin tyngdpunkt kommer det varken att röra sig eller rotera, oavsett hur det ser ut. Man säger att föremålet är i balans.

Jämvikt

Ett föremål är i jämvikt om kraftpilen genom tyngdpunkten går genom stödytan.

Anledningen till att det är svårt att balansera en cykel som står stilla är att det är svårt att placera tyngdpunkten mitt emellan cykelhjulen. För att få cykeln i balans sätter du ner en fot.

Jämvikten är instabil för en blyertspenna som står på sin platta spets. Det är lätt att få pennan att falla. Det behövs bara en mycket liten kraft. Om pennan däremot ligger ner på bordet är jämvikten mycket stabil.

Sammanfattning

@ Alla rörelser uppstår på grund av krafter.

@ Friktionskraften kan förhindra en rörelse att sätta igång eller få ett föremål i rörelse att stanna.

@ Om man hänger upp ett föremål i sin tyngdpunkt kommer det att vara i balans och helt

stilla, oavsett hur föremålet ser ut.

@ Ett föremål är i jämvikt om kraftpilen genom tyngdpunkten går genom stödytan.

@ Om jämvikten är stabil står föremålet stadigt. Om jämvikten är instabil står föremålet ostadigt.

Kraft och rörelse

Rörelser

Instuderingsuppgifter

1. Vad är det som får en racerbil att röra sig framåt?

2. Varför påverkar krafter både jämvikten och stabiliteten hos ett föremål?

3. Förklara varför man känner sig tyngdlös i fritt fall. Använd begreppen kraft och motkraft.

4. Hur påverkar friktionen ett föremål i rörelse?

5. Vad menas med tyngdpunkt och hur påverkar den balansen och jämvikten hos ett föremål?

6. Varför faller alla föremål lika snabbt i fritt fall?

7. Beskriv några situationer när ett föremål befinner sig i fritt fall.

Aktiviteter

1. Balansera racket

I texten ställdes frågan varför ett pingisracket är svårare att balansera i handen än ett badmintonracket. Kan du förklara varför?

2. Myntet och spelkortet

Undersök friktionskraft och tyngdkraft. Du behöver ett glas, ett spelkort och ett mynt.

a. Lägg spelkortet på glaset.

b. Lägg slanten på spelkortet.

c. Knäpp till spelkortet från sidan, hårt och bestämt.

d. Beskriv vad som händer.

e. Förklara vad som händer.

f. Vilka krafter verkar på föremålen?

3. Luftmotstånd Undersök vilken betydelse luftmotståndet har för fritt fall. Du behöver en bok du inte är så rädd om och en fjäder (hönsfjäder eller påskfjäder).

a. Håll en bok i ena handen och en fjäder i den andra.

b. Släpp boken och fjädern samtidigt.

c. Vad hände? Beskriv föremålens rörelser.

d. Gör om experimentet, men lägg i stället fjädern på bokens ovansida och släpp.

e. Vad hände? Beskriv föremålens rörelser.

f. Försök att förklara dina observationer. Vad var skillnaden på det första och det andra experimentet?

g. Vilka krafter verkar på föremålen?

Bilden:

Hastighet och acceleration

Tänk dig att du har vunnit en semesterresa till Maldiverna. Tre veckor på en solstrand – bara att njuta och ha det skönt.

Du är i god tid på flygplatsen och efter en lång väntan är det dags att lyfta. Innan flygplanet ska ge sig av står det stilla på flygfältet.

När motorerna slås på känner du hur planet rör sig framåt.

Kraften i flygplanets motorer gör att flygplanet färdas allt snabbare. Du accelererar. Efter ett tag lyfter så planet – äntligen på väg!

I det här avsnittet ska vi titta på hastighet och acceleration, som är de två vanligaste sätten att beskriva rörelse.

Ord och begrepp

Acceleration är hur snabbt hastigheten förändras.

Hastighet är hur snabbt något rör sig.

Retardation är hur snabbt hastigheten minskar.

Flygplanet lyfter! För att planet ska lyfta måste det accelerera.

Det är 2 700 km till Madrid från Stockholm. Om du flyger med hastigheten 900 km/h tar alltså flygresan tre timmar.

Hastighet

Flygplanet har alltid en hastighet. Om det står stilla är hastigheten 0 km/h och när det lyfter från startbanan ungefär 300 km/h. Högt ovan molnen, under själva färden, är farten nästan 900 km/h – på en timme kommer man alltså 900 km.

Olika sätt att ange hastigheter

De två vanligaste enheterna för att ange hastigheter är:

– m/s (meter per sekund)

– km/h (kilometer per timme).

Vi ska titta på ett exempel som använder m/s och ett som använder km/h. En riktigt snabb 100-meterslöpare springer sträckan på 10 sekunder. På en sekund hinner han alltså ungefär 10 meter. Hastigheten är då 10 meter per sekund eller (kortare skrivet): 10 m/s.

Köra snabbt och långsamt

Världens snabbaste personbil är den svensktillverkade Koenigsegg Jesko Absolut. Den kommer upp i en hastighet av 520 km/h!

Men man har inte så stor nytta av en så hög hastighet på svenska vägar. Den högsta tillåtna hastigheten på motorväg i Sverige är 120 km/h. På vägen precis utanför skolan är hastigheten ofta så låg som 30 km/h.

Allt har en hastighet

Allt rör sig, hela tiden. Även om det inte ser ut som att du rör dig när du sover så sänks och lyfts din bröstkorg lugnt när du andas. Hårstråna på ditt huvud växer långsamt och blodet pumpas runt i kroppen.

Några spännande hastigheter

nagel som växer

fallande snöflingor

fallande regndroppar

nysning

gevärskula

satellit

jorden i sin bana runt solen

0,1 mm/dygn

1 m/s

5 m/s

40 m/s

1 000 m/s

8 000 m/s

30 000 m/s

För att kunna lyfta måste flygplanet accelerera. När hastigheten snabbt ökar känner du att stolsryggen trycker dig framåt med en kraft som skapas av motorerna.

Acceleration

Äntligen ska planet lyfta! Du känner hur det pirrar i magen – nu bär det av!

Planet lyfter från marken

När planet startar ändras flygplanets hastighet snabbt från 0 km/h till 300 km/h. Ett annat sätt att säga att hastigheten ändras är att säga att flygplanet accelererar. Ju snabbare hastigheten ändras, desto större är accelerationen.

Men vad är det som accelererar planet? Jo, kraften från motorerna. Om inte motorerna är påslagna kommer planet inte att röra sig.

Det verkar alltså finnas ett samband mellan kraft och acceleration. När flygplanet står stilla är motorerna inte igång och det finns ingen kraft. När motorerna startar kommer kraften från motorerna att ändra hastigheten och planet kan lyfta.

Uppe i luften

Uppe i luften åker planet med samma hastighet hela tiden. Betyder det att man kan slå av motorerna?

Nej, även högt upp i luften finns ett luftmotstånd som bromsar flygplanet. För att behålla hastigheten måste motorerna vara igång hela tiden.

Uppe luften måste flygplanets motorer vara igång för att hålla höjden. Annars får luftmotståndet hastigheten att sjunka.

Planet landar

När planet landar kommer det också att accelerera, men ”tvärtom” jämfört med vid starten – det bromsar. Man säger också att planet retarderar. Vid både start och landning är det alltså fråga om en acceleration.

Vid landning minskar hastigheten från 300 km/h till nästan

0 km/h. Det måste alltså finnas någon kraft som minskar hastigheten.

Kan du fundera ut något sätt att minska hastigheten på?

Alla passagerarna på planet applåderar efter landningen. Äntligen framme!

Sammanfattning

@ Att något har en jämn hastighet betyder att det hela tiden rör sig lika fort.

@ Acceleration innebär att hastigheten antingen ökar eller minskar.

@ Retardation innebär att hastigheten minskar. En inbromsning är alltså en retardation. Vid landningen närmar sig minskar piloterna gradvis hastigheten så att flygplanet sakta sjunker mot marken. På landningsbanan används bromsarna för att planet så snabbt som möjligt ska sakta in. Precis som vid starten sker då en acceleration, men hastigheten minskar istället för att öka – flygplanet retarderar.

@ Ju snabbare hastigheten förändras, desto större är accelerationen.

Kraft och rörelse

Hastighet och acceleration

Instuderingsuppgifter

1. Beskriv hur du skulle kunna räkna ut din hastighet när du cyklar till skolan.

2. En blåsig dag måste du trampa hårt på cykeln för att komma till skolan i motvinden. Varför?

3. Varför har en tävlingscykel så smala hjul?

4. Vid vilka tillfällen accelererar cykeln när du är ute på cykelfärd?

5. Om du flyger med en hastighet av 900 km/h, hur lång tid tar det att flyga 2 700 km till Madrid?

6. Vad är de två vanligaste enheterna för att ange hastighet?

7. Vad är acceleration och hur påverkas den av kraften?

8. Vad är skillnaden mellan acceleration vid start och acceleration vid landning för ett flygplan?

Aktiviteter

1. Mät din hastighet Undersök hur snabbt du rör dig när du går eller springer. Du behöver ett måttband och ett tidtagarur.

a. Mät upp en sträcka tillsammans med din lärare, till exempel kort-

sidan av en fotbollsplan, sträckan över skolgården eller en sträcka på löpbanan.

b. Gå i din egen takt från start till mål. Starta klockan när du börjar gå och stanna den när du passerar mållinjen. Skriv ner hur många sekunder det tog.

c. Spring samma sträcka så fort du kan. Starta klockan när du börjar springa och stanna den när du passerar mållinjen. Skriv ner hur många sekunder det tog.

d. Vilken hastighet hade du när du gick?

e. Vilken hastighet hade du när du sprang?

2. Restid

Hur lång tid skulle det ta för att ta sig från din skola till närmaste simhall om du var en:

a. 100-meterslöpare

b. gepard

c. snigel

d. igelkott?

Ta reda på avståndet till närmaste simhall med hjälp av en karta och hitta information om olika hastigheter på internet.

Bilden: En natt under stjärnorna.

Stjärnhimlen

Under hela mänsklighetens historia har våra förfäder funderat på vad som finns på stjärnhimlen och hur allt kom till, och skapat myter och berättelser för att förstå naturen runtomkring.

I dag kan vi studera universum med teleskop och ta reda på vad planeterna och stjärnorna består av, hur långt det är till galaxerna och hur universum en gång bildades.

Här ska vi titta på vad som finns på natthimlen.

Ord och begrepp

Galax är en enorm ansamling av miljarder stjärnor.

Nebulosa är ett gasmoln där stjärnor bildas eller resterna av en gammal stjärna.

Planet är en himlakropp som inte lyser och som kretsar kring en stjärna.

Stjärna är en himlakropp av het gas som utsänder ljus och värme.

Stjärnbilder är påhittade mönster av stjärnor.

Stjärnhop är en grupp med stjärnor som har bildats samtidigt.

Vintergatan är den galax där solen ingår och som ses som ett diffust band på natthimlen.

Denna målning finns på en klippa i Chaco Canyon i New Mexico, USA, där pueblofolken lever. Man tror att den visar en ljus stjärna nära månen som syntes år 1054. Denna så kallade supernova var synlig även på dagtid och måste ha varit en otrolig syn. Är det möjligen så att handavtrycket är konstnärens signatur?

Natten

Har du blickat upp mot himlen någon gång och undrat vad som finns där ute? En riktigt mörk natthimmel är en otroligt vacker syn. Den mjölkvita Vintergatan sträcker sig från horisont till horisont, stjärnmyllret delas kanske med en ljus planet, då och då blixtrar någon meteor till, och kanske har du turen att vara ute när ett norrsken svajar och böljar. Men för att se allt detta måste man bort från stadens ljus. Husen och lamporna i staden stör för mycket.

Natthimlen har alltid fascinerat människan. Sedan civilisationens begynnelse har man studerat solen, månen och stjärnorna. Genom deras rörelser har man försökt förstå hur universum fungerar och hur himlakropparna påverkar naturen och vardagslivet.

Stjärnbilder

På en mörk plats är stjärnorna ett myller på stjärnhimlen. Men redan för länge sedan såg människan mönster bland stjärnorna och skapade berättelser om dem. I dag kallar vi dessa mönster stjärnbilder.

De äldsta stjärnbilderna på vår stjärnhimmel är tusentals år gamla. De skapades av människor i de tidiga kulturerna i Babylonien, Egypten och Grekland. Kulturerna i olika delar av världen skapade sina egna stjärnbilder. Kineserna skapade till exempel flera hundra stjärnbilder som är mycket mindre än de vi känner till i västerlandet.

Karlavagnen är en del av stjärnbilden Stora björnen. Alla stjärnor ligger på olika avstånd. En av stjärnorna ligger mer än dubbelt så långt bort som de andra. Stjärnorna ser ut som en vagn om man tittar på dem från jorden.

Stjärnhimlen ser bara ut som den gör från jorden. Om vi skulle åka till en planet kring en annan stjärna skulle stjärnorna ligga lite annorlunda. Om vi åker tillräckligt långt bort skulle vi helt förlora de stjärnbilder som vi är vana vid. Detta beror på att stjärnorna ligger på olika avstånd och att många av dem ligger ganska nära, särskilt de ljusaste.

Stjärnhimlens utseende ändrar sig under året. Under vintern ser vi den vackra stjärnbilden Orion på kvällshimlen, under våren Lejonet, under sommaren de ljusa stjärnorna i Sommartriangeln och under hösten den bevingade hästen Pegasus. Att stjärnhimlen förändras regelbundet på detta sätt beror på att jorden rör sig kring solen, ett varv varje år.

Pegasus ljusaste stjärnor bildar en stor kvadrat på hösthimlen.

Redan för länge sedan band man ihop Orions stjärnor så att de liknade en jägare med bälte och svärd.

Den ljusaste stjärnan på natthimlen är Sirius som ligger nio ljusår bort. Det innebär att ljuset från Sirius har färdats i 9 år innan det når fram till oss.

Om två likadana stjärnor är olika ljusa måste den ljusare stjärnan vara närmare.

Avståndet till stjärnorna

Inom astronomin använder man ofta ljusstyrkor för att uppskatta avstånd. En stjärna som är hälften så långt bort lyser fyra gånger starkare. Om man vet att en stjärna i en annan galax är precis likadan som solen kan man mäta ljusstyrkan för både solen och dess tvilling och från skillnaden i ljusstyrka beräkna avståndet till tvillingen. Med sådana mätningar kan man med de största teleskopen bestämma avstånd långt ut i universum.

Men man kan lura sig om man uppskattar avstånd enbart med hjälp av stjärnors ljusstyrkor. Vissa stjärnor strålar nämligen ut långt mycket mer energi är andra stjärnor. De är alltså mycket ljusare i verkligheten.

Det betyder att en ljusstark stjärna på himlen mycket väl kan vara en ljussvag stjärna som strålar ut lite energi men som befinner sig nära.

Stjärnhopar, nebulosor och galaxer

Förr trodde man att jorden var unik. Man trodde dessutom att jorden var hela universums centrum. I dag vet vi bättre.

Jorden är en planet likt oräkneliga andra i vår egen galax, Vintergatan. I solsystemet finns åtta planeter, och vi känner till flera tusen kring de

En tänkt bild av Vintergatan, vår galax. Den gula pricken visar var solen befinner sig, på insidan av en spiralarm med stjärnor.

En planetarisk nebulosa bildas när en stjärna som solen dör.

Klotformiga stjärnhopar innehåller tiotusentals stjärnor.

I mörka nebulosor av tät gas bildas nya stjärnor.

En stor spiralgalax med tunna armar av stjärnor och gas. solen

närbelägna stjärnorna. Vintergatan består av hundratals miljarder stjärnor som är precis som solen.

Vintergatan i sin tur är en av tusen miljarder galaxer i universum. Var och en av dessa innehåller miljarder stjärnor precis som vår galax.

I Vintergatan finns nebulosor eller gasmoln av olika slag. I vissa bildas stjärnor, medan andra är resultatet av gamla stjärnors död. Det finns också ansamlingar av stjärnor, så kallade stjärnhopar. En del är lika gamla som galaxen, medan andra består av stjärnor som nyligen har fötts.

En del av det material som kastas ut i rymden när stjärnor dör bildar så småningom nya stjärnor och planeter. I dag känner vi till över 5 000 planeter som kretsar kring andra stjärnor i Vintergatan. Satelliter i omloppsbanor kring jorden kan skiljas från stjärnor genom att de rör sig. Det tar några minuter för en satellit att röra sig över himlen.

Också planeterna rör sig, men väldigt mycket långsammare. Det bästa sättet att skilja en planet från en stjärna är att se hur stadigt den lyser. Stjärnorna tindrar, men det gör inte planeterna.

Sammanfattning

@ Stjärnbilderna är påhittade mönster av stjärnor på olika avstånd, och många är tusentals år gamla.

@ Vintergatan består av hundratals miljarder stjärnor i en platt skiva som är tjockare i mitten.

@ Stjärnor bildas i mörka nebulosor av gas.

@ När massiva stjärnor dör exploderar de som supernovor.

@ När solen dör blir den en vit dvärgstjärna som omges av en planetarisk nebulosa.

@ Stjärnor kan bildas i hopar med tusentals stjärnor.

@ Vi känner till över 5 000 planeter kring andra stjärnor i Vintergatan.

@ Galaxer är enorma ansamlingar med miljarder stjärnor.

Rymden omkring oss

Stjärnhimlen

Instuderingsuppgifter

1. Vad menas med en stjärnbild?

2. Om vi hade kunnat färdas till en annan stjärna och tittat på himlen hade stjärnbilderna sett annorlunda ut. Varför?

3. Varför ser vissa stjärnor ljusare ut än andra? Kan du komma på två anledningar?

4. Det finns två olika slags nebulosor som är viktiga i olika tidpunkter i en stjärnas liv. Vad heter de och på vilket sätt uppträder de?

5. Beskriv vad Vintergatan är.

Aktiviteter

1. Stjärnhimlen Gå ut tillsammans med dina föräldrar en stjärnklar natt och observera himlen.

a. Känner du igen några stjärnbilder?

b. Kan du hitta Karlavagnen?

c. Kan du hitta Orion och dess bälte?

d. Hur kan du skilja en stjärna från en planet?

e. Hur kan du skilja en stjärna från en satellit?

2. Stjärnbilder

Lär dig mer om en stjärnbild och gör en presentation av den. Du behöver en svart tjock pappskiva i A4-storlek och en hålstans eller något annat bra verktyg att göra hål med.

a. Välj en stjärnbild som du vill veta mer om. Leta upp en stjärnkarta i NE:s uppslagsverk, skolbiblioteket eller sök på internet.

b. Ta reda på allt du kan om stjärnbilden. Vad föreställer den, vad heter stjärnorna och vilken historia har den?

c. Markera de ljusaste stjärnornas positioner på pappersarket och gör hål i markeringarna. Var noggrann och jobba lugnt så att hålen blir jämna och snygga.

d. Rita in den figur som stjärnorna ska föreställa.

e. Sätt upp papperet på ett fönstret eller lägg det på klassrummets overheadprojektor.

f. Berätta för klassen vad du har lärt dig.

Jordens rörelser under året

Du har kanske lagt märke till att många av de händelser som har med himlakropparna att göra återkommer gång på gång. De är cykliska. Till dessa hör dygnet, månaden och året.

Tidiga civilisationer som noggrant studerade himlen och skrev ner händelserna märkte att det också fanns cykler med mycket längre perioder än så. Det gäller till exempel tidsintervallen mellan solförmörkelser och månförmörkelser och planeternas omloppstider kring solen.

Ord och begrepp

Cykel är en serie händelser som återkommer med jämna mellanrum

Dygn är den tid det tar för jorden att snurra ett varv kring sin egen axel.

Höstdagjämningen och vårdagjämningen är de två tillfällen på året då dag och natt är lika långa på hela jorden.

Månad är den tid det tar för månen att röra sig ett varv runt jorden.

Sommarsolståndet är det tillfälle på året då solen står längst norrut på himlen.

Vintersolståndet är det tillfälle på året då solen står längst söderut på himlen.

År är den tid det tar för jorden att röra sig ett varv runt solen.

Bilden: Solen går ner en gång per dygn. Kommer du på något annat som sker en gång varje dag?

Dag och dygn är inte samma sak. Dygnets längd är alltid 24 timmar. Men på polerna varierar dagens längd mellan noll och sex månader. Där går solen inte ner på sommaren och inte upp på vintern.

Dygnet, månaden och året

Dag och natt är nog den cykel vi tänker på oftast. Varje morgon går solen upp och på kvällen går den ner, och detta fortsätter utan slut. Dygnet beror på att jorden roterar runt sin egen axel, samtidigt som solen lyser på jordklotet.

Dygnets längd är 24 timmar. Det är den tid som går mellan de tillfällen när solen står som högst på himlen. På ett år går det lite drygt 365 dygn. Månaden bestäms av månens rörelse runt jorden. På en månad rör sig månen ett varv i sin bana runt jorden. Eftersom en månad är ungefär 30 dygn lång går det 12 månader på ett år.

Dygnet, månaden och året

Jorden snurrar ett varv kring sin egen axel på ett dygn (24 timmar).

Månen rör sig ett varv runt jorden på en månad (30 dygn).

Jorden rör sig ett varv runt solen på ett år (365 dygn eller 12 månader).

Solens strålar lyser på jorden från höger. Eftersom jorden är rund bestäms solens höjd av var på jorden man är. Mitt på dagen på ekvatorn står solen rakt upp på himlen och solstrålarna träffar dig i huvudet. På polerna står solen samtidigt lågt vid horisonten och ljuset träffar dig från sidan.

Årstiderna

Årstiderna märker vi av mycket tydligt. Men om vi hade bott vid ekvatorn hade vi knappt märkt dem alls. Årstiderna hänger ihop med hur högt solen står mitt på dagen. Hos oss står den högst på sommaren och lägst på vintern.

När solen står högt värms marken upp mer än när den står lågt. Därför är det varmare på sommaren än på vintern. Vid ekvatorn passerar solen varje dag nästan rakt upp på himlen medan den vid polerna aldrig når ens halvvägs upp på himlen. Det är också därför som det är varmare vid ekvatorn än vid polerna.

Vädret på jorden beror mycket på vilken årstid det är. På sommaren står solen högt och det blir varmt.

Årstiderna uppkommer eftersom jordens rotationsaxel lutar i rymden. Rotationsaxeln lutar hela tiden åt samma håll i rymden samtidigt som jorden rör sig runt solen. Därför kommer solljuset in med olika brant vinkel mot en plats beroende på tiden på året.

Eftersom jordaxeln lutar finns det nära varje pol ett område dit solens strålar inte når under vintern. Under vintern lutar Nordpolen bort från solen, och då är det ständig natt nära norra polen. På sommaren lutar nordpolen i stället mot solen, och då är det ständig dag längst i norr. Det är midnattssol.

På södra halvklotet är det tvärtom. Om man står exakt på norra eller södra polen ser man att det är ständig natt under halva året och ständig dag under den andra halvan.

Nära polerna går solen aldrig ner på sommaren. Det råder midnattssol.

Årstiderna och jordens axel

Jordens rotationsaxel lutar mot jordens bana och pekar hela tiden mot samma punkt i rymden. Det gör att axeln ändrar riktning jämfört med solen när jorden rör sig runt solen under året. Därför får vi årstider.

Under sommaren lutar axeln mot solen och solen står högt på himlen mitt på dagen. På vintern lutar däremot axeln bort från solen och solen står lågt. Därför har vi långa dagar och korta nätter på sommaren och tvärtom på vintern.

Vid vårdagjämning och höstdagjämning är dag och natt nästan lika långa överallt på jorden. Vid sommarsolståndet är dagen som längst och vid vintersolståndet är natten som längst.

höstdagjämning

jordens bana

sommarsolstånd

vårdagjämning

vintersolstånd

Skottår och skottdagar

Jorden rör sig ett varv kring solen på ett år. Ett år är normalt 365 dygn långt. Men som du kanske vet är vart fjärde år 366 dygn långt. Varför är det så?

Anledningen är att den tid det tar för jorden att göra ett varv kring solen är lite längre än 365 dygn, nämligen ett kvarts dygn längre. Om man inte hade justerat för detta hade 1 januari med tiden hamnat i fel årstid och till slut mitt i sommaren.

Vart fjärde år lägger man därför till en extra dag i februari så att datum och årstider hela tiden ska vara i takt med varandra. Ett sådant år kallas skottår.

Dygnet, månaden och året

Vissa år avslutar man med en extra skottsekund också. När det händer räknar man sekunderna så här:

… 23.59.58, 23.59.59, 23.59.60, 00.00.00, 00.00.01 …

Exakt när det sker kan man inte räkna ut särskilt långt i förväg eftersom det beror på att jordens rotationsperiod inte är helt jämn.

Dygnets längd blir faktiskt en liten aning längre hela tiden eftersom tyngdkrafterna från solen, månen och planeterna drar i jorden och saktar ner dess rotation.

Sammanfattning

@ Ett dygn är 24 timmar långt och ett år är lite mer än 365 dygn långt.

@ Årstiderna hänger ihop med hur högt på himlen solen står mitt på dagen. På sommaren står solen högt och på vintern lågt.

@ När solen står högt värms marken upp mer än när solen står nära horisonten. Därför är det varmare på sommaren än på vintern.

@ Årstiderna beror på att jordens rotationsaxel lutar i rymden. Under sommaren lutar polen mot solen, solen står högt på himlen och det blir varmt.

@ Vart fjärde år lägger man till en extra dag i februari. En sådan dag kallas skottdag och ett sådant år kallas skottår.

KAPITEL 7

Rymden omkring oss

Jordens rörelser under året

Instuderingsuppgifter

1. Varför uppstår dag och natt?

2. Hur förändras dagens längd under året på platser nära polerna?

3. Vad har solhöjden med klimatet på jorden att göra?

4. Varför är det skottår vart fjärde år?

5. Förklara vad som händer vid följande tidpunkter:

a. vintersolståndet

b. vårdagjämningen

c. sommarsolståndet

d. höstdagjämningen.

6. Förklara vad midnattssol är.

Aktiviteter

1. Kalenderns historia

Ta reda på mer om kalenderns historia. Arbeta tillsammans med en klasskamrat.

a. Varför delas ett dygn in i just 24 timmar?

b. Varför delas året in i just 12 månader?

c. De olika månaderna har olika antal dagar. Hur kommer det sig?

d. Varför har året just 365 dagar?

2. Olika kalendrar

Det finns andra kalendrar än den vi använder i Sverige. Ta reda på mer om en annan kalender, till exempel den muslimska eller judiska. Hur många dagar har året i kalendern du valt? Hur många månader?

3. Årstider vid ekvatorn och Nordpolen

I Sverige finns fyra årstider. Hur många årstider finns det vid ekvatorn? Hur många på Nordpolen?

4. Årstiderna i den grekiska mytologin

Hur förklarades årstiderna i den grekiska mytologin?

Stjärnbilderna och årstiderna

Syfte

Att använda en modell för att visa hur årstiderna uppkommer och när du kan se olika stjärnbilder.

Det här behöver du

– En jordglob.

– En stark lampa.

– Lite modellera.

– Teckningar av Lilla björnens och Orions stjärnbilder.

Gör så här

1. Leta upp Sverige på jordgloben. Sätt en liten prick modellera där du bor.

2. Placera den starka lampan mitt i klassrummet. Den är solen i modellen.

3. Sätt upp en teckning med Lilla björnens stjärnbild och Polstjärnan på ett papper i taket snett ovanför solen.

4. Sätt upp en teckning med Orions stjärnbild på ett papper på väggen på samma sida om solen som Lilla björnen. Solen, jorden och Orion ska helst vara lika högt över golvet.

5. Ställ dig med jorden mellan solen och Orion och håll jordglobens rotationsaxel mot Lilla björnen.

6. Snurra jordgloben så att modelleran är på jordens nattsida – det är bara på natten du kan se stjärnorna. Tänk dig att du är modelleran på jordgloben och tittar utåt mot himlen, som är klassrummets tak och väggar.

Frågor

1. Kan du se Lilla björnen och Orion någon gång under natten? Vilken del av himlen är synlig på natten?

2. Flytta jorden ett halvt varv runt solen så att den nu är på andra sidan solen jämfört med Orion. Kan du se Lilla björnen och Orion någon gång under natten?

3. Under vintern pekar Nordpolen bort från solen och natten är längre än på sommaren. På sommaren pekar Nordpolen mot solen och dagen är längre än natten på norra halvklotet. Visa detta med modellen.

4. Dagen är lika lång överallt på jorden vid vårdagjämning och höstdagjämning. Visa och förklara varför.

5. Lilla björnen syns alltid på natthimlen från Sverige. Visa och förklara varför.

6. Orion syns bara på natten på norra halvklotets vinter. Visa och förklara varför.

vårdagjämning jordens bana

Jordaxeln pekar alltid i samma riktning ut i rymden, oavsett var jorden är i sin bana. Eftersom jorden rör sig kring solen ser vi olika delar av natthimlen under året. Jordaxeln pekar mot Polstjärnan som ligger nära himlens norra pol. Därför kan Polstjärnan ses hela året. På sommaren ligger solen i samma riktning som Orion. Därför kan vi bara se Orion på vintern.

Lilla björnen höstdagjämning

Orion sommarsolstånd vintersolstånd

Lilla björnen

Polstjärnan

Bilden: Månen är jordens enda naturliga följeslagare. Månytan är täckt av kratrar och mörka lavahav. Haven ser man bäst vid fullmåne.

Månen och dess faser

Månadernas gång märker vi kanske av tydligast på grund av månens rörelse och faser. Varje månad går den igenom alla sina faser: nymåne, halvmåne, fullmåne, halvmåne och tillbaka till nymåne.

Här ska vi lära oss om hur månens faser uppstår, men också om mån- och solförmörkelser.

Ord och begrepp

Fullmåne är när vi ser hela månens solbelysta halva.

Halvmåne är när vi ser hälften av månens solbelysta halva.

Månfaser uppkommer när vi ser månens solbelysta halva från olika håll.

Månförmörkelse sker när månen passerar genom jordens skugga i rymden.

Nymåne är när vi inte ser någon del av månens solbelysta halva.

Solförmörkelse sker när jorden passerar genom månens skugga i rymden.

Månen är den enda himlakropp bortom jorden som människan har varit på. 1969 landade de amerikanska astronauterna

Neil Armstrong och Edwin Aldrin i Stillhetens hav med Apollo 11. De färdades till månens yta med månlandaren Eagle och stannade nästan ett dygn.

Månens faser

Månen rör sig ett varv runt jorden på nästan 30 dygn. Vid nymåne ligger månen mellan jorden och solen och är helt osynlig. Några dagar senare kan man se månen som en tunn skära på kvällen, och man kallar oftast också denna måne för nymåne.

Månen växer dag för dag, blir en allt tjockare skära, och en vecka efter nymåne ser vi halva månen belyst: halvmåne. Därefter blir månen mer och mer rund och en vecka senare ser vi hela den solbelysta månhalvan: fullmåne.

De två följande veckorna är ordningen den omvända – månen blir alltmer tillplattad, sedan halv, skärformad och ny igen. Denna nymåne sker nästan 30 dygn (drygt fyra veckor) efter den förra nymånen.

Under de två första veckorna efter nymånen, då månfasen blir allt större, säger man att månen ”kommer”. En minnesregel är att månskäran då ser ut som ett kommatecken. Under de två veckorna efter fullmåne säger man att månen är avtagande.

första kvarteret

fullmåne

tredje kvarteret

tilltagande månskära

nymåne

avtagande månskära

solstrålning

Månens faser beror på månens läge i sin bana i förhållande till jorden och solen. Den inre cirkeln visar månen i åtta lägen i sin bana under månaden. De stora bilderna med månfaser visar hur månen ser ut från jorden i varje läge i banan. En cykel varar en månad, från nymåne till nymåne. När månen står i riktning mot solen är det nymåne. En vecka senare är månen halv i första kvarteret. En vecka senare är det fullmåne, och ytterligare en vecka senare är det halvmåne igen, men då i tredje kvarteret.

Varje månad går månen igenom sina faser – från den unga månskäran efter nymåne uppe till vänster, via fullmåne till den gamla månskäran innan nästa nymåne nere till höger.

Månförmörkelser

Solen lyser på jorden som kastar en lång skugga ut i rymden. Ibland händer det att månen passerar genom skuggan. Då blir det en månförmörkelse. Sådana ser man med ett par års mellanrum.

Man skulle kunna tro att månen skulle försvinna helt om den passerade rakt genom jordens skugga, men så är det inte. I stället blir den rödfärgad.

Färgen beror på att solljuset passerar jordens atmosfär innan det når månen. Den blå delen av ljuset sprids bort från solstrålarna när de går genom jordens atmosfär. Kvar blir bara den röda delen av ljuset. Precis samma sak händer när solen skiner lågt på himlen vid solnedgången.

Solförmörkelser

Vid nymåne kan det hända att månen täcker solens yta och orsakar en solförmörkelse.

Totala solförmörkelser är mycket ovanliga på en given plats eftersom månskuggan är så kort att den precis når fram till jordytan. Senast vi hade en total solförmörkelse i Sverige var 1954, men nästa tillfälle sker inte förrän 2128. Partiella solförmörkelser, när månen täcker en mindre del av solen, kan man se med ett eller två års mellanrum.

Men det blir inte alltid solförmörkelse vid nymåne, och inte heller blir det månförmörkelse varje gång det är fullmåne. Det beror på att månens bana lutar lite mot den bana som solen följer på himlen. Oftast kommer

Gubben i månen

Har du tänkt på att månen alltid vänder samma sida mot jorden? Vid fullmåne ser vi hela ”gubben i månen” och vid halvmåne ser vi bara den ena eller andra halvan.

Det betyder att månen roterar ett varv kring sin egen axel på samma tid som den rör sig ett varv runt jorden.

En total månförmörkelse kan ses över hela den halva av jorden där månen är uppe. Månen lyses upp svagt av rött ljus från solen som har passerat genom jordens atmosfär.

En total solförmörkelse är en magisk upplevelse. När månen skymmer bort den ljusa solskivan ser man saker som annars är osynliga. Röda bågar av het gas sträcker sig ut från solens yta och månskivan omges av solens tunna, silverskimrande atmosfär.

månens skugga att missa jorden, och oftast slinker fullmånen över eller under den skugga som jorden kastar ut i rymden.

partiell solförmörkelse total solförmörkelse

solen nymånen jorden

fullmånen total månförmörkelse

kärnskugga halvskugga

Solen lyser på jorden och månen och båda kastar långa skuggor bort från solen. När månen ligger precis mellan jorden och solen blir det solförmörkelse. När jorden ligger precis mellan solen och månen blir det månförmörkelse.

Sammanfattning

@ Månen rör sig ett varv runt jorden på 30 dygn.

@ Vid nymåne ligger månen mellan jorden och solen och är helt osynlig.

@ Vid fullmåne ser vi hela månens solbelysta halva.

@ Månen roterar ett varv kring sin egen axel på samma tid som den rör sig ett varv runt jorden. Månen vänder därför alltid samma sida mot jorden.

@ När fullmånen passerar genom jordskuggan uppstår en månförmörkelse.

@ Vid nymåne kan månen täcka solens yta och orsaka en solförmörkelse.

@ Vid sol- och månförmörkelser står jorden, solen och månen alltid i en exakt rät linje.

@ Det blir inte förmörkelser varje månad eftersom månskuggan oftast missar jorden och jordskuggan oftast missar månen.

Rymden omkring oss

Månen och dess faser

Instuderingsuppgifter

1. Månen är ingen stjärna. Varför ser det då ut som om månen lyser?

2. Beskriv hur månens faser uppkommer.

3. Var är månen belägen vid faserna ny, halv och full?

4. Varför kan man aldrig se månens baksida?

5. Beskriv vad som händer vid en månförmörkelse.

6. Beskriv vad som händer vid en solförmörkelse.

7. Varför blir månen rödfärgad under en total månförmörkelse?

8. Varför blir det inte månförmörkelse eller solförmörkelse varje månad?

Aktiviteter

1. Månen och solens storlekar Solen är mycket större än månen. Hur kommer det sig då att månen och solen ser lika stora ut på himlen? Förklara.

2. Månen förr i tiden

Ta reda på vad man trodde om månen förr i tiden.

a. I många tidiga kulturer var månen en gud. Ta reda på så mycket som möjligt om olika mångudar runt om i världen.

b. Månen gör ett varv på himlen under en månad, men stjärnorna är fasta. Hur trodde man förr att månen rörde sig över himlen?

c. De mörka områdena på månen kallas månhav. Varför kallas de så? Vad vet man om månhaven i dag?

d. Vad trodde man hände vid solförmörkelser och månförmörkelser? Var man rädd för dem?

e. Fullmånen har länge haft en särskild betydelse. Vad trodde man kunde hända då?

f. Vad trodde man förr i tiden att månen bestod av? Vad vet man i dag och hur vet man det?

g. I olika kulturer har man sett figurer av olika slag i de mörka månhaven. Vilka var det som såg en kanin, en krabbklo, en gubbe eller en kvinna i fullmånen?

Man kan se olika figurer på månen vid fullmåne.

Följ månens faser under en månad

Syfte

Att undersöka månens faser och utseende under en månad.

Det här behöver du – Papper. – Penna.

– Gärna en fältkikare.

Gör så här

1. Ta reda på när månen är synlig. Månfaserna och tiderna för månens uppgång och nedgång kan du hitta på webbplatsen HeavensAbove.com. Skriv in din plats så att tiderna blir rätt.

2. Börja följa månen efter nymåne. Du kommer att se hur månskäran blir större för varje dag. Den är också lätt att se på kvällen.

3. Om månen är synlig är det dags att rita. Gör en cirkel på papperet som är mellan 5 och 10 cm i diameter. Använd en passare eller en mugg.

4. Teckna av månen så som du ser den för blotta ögat. Rita av detaljerna – månhaven, högländerna, ljusa fläckar och annat som du tycker är intressant. Notera datum och tidpunkt då du gjorde teckningen.

5. Om du har en fältkikare så passa på att titta på månen med den också. Du ser kratrarna och bergen mycket tydligare.

6. Teckna av månen varje dag om vädret är bra under en månad. Använd ett nytt papper vid varje tillfälle. Efter en månad har du sett alla månfaserna, från ny till full och tillbaka till ny.

Frågor

1. Kan du se på dina teckningar att månen hela tiden vänder samma sida mot jorden? Roterar månen runt sin egen axel?

2. Är någon del av månen ständigt i mörker? Rita en bild av solen, månen, jorden och månens bana runt jorden och fundera.

3. Syns månen på dagen?

4. Vid fullmåne tycker många att de mörka månhaven ser ut som ett ansikte. Kan du se några andra figurer? Titta på bilden i boken och se om du kan hitta alla figurer.

En modell av månen och jorden

Syfte

Att undersöka hur månens faser och förmörkelser uppkommer med hjälp av en modell.

Det här behöver du

– En modell av solen, till exempel en stark, riktbar kontorslampa.

– En modell av jorden, till exempel en fotboll.

– En modell av månen, till exempel en apelsin.

– Två klasskamrater.

Gör så här

1. En av er håller jorden över huvudet. Sitt gärna på en stol.

2. En av er håller månen över huvudet. Sitt gärna på en rullande kontorsstol som lätt kan förflyttas.

3. Tänd kontorslampan, rikta den mot jorden och släck i rummet.

4. Visa först hur fullmånen bildas. Håll månen så att jorden befinner sig mellan solen och månen. Den tredje eleven rullar kontorsstolen till rätt ställe med den andra eleven på sitsen. Hur ser månen ut från jorden?

5. Flytta månen försiktigt så att jordskuggan faller på månen. Eftersom månen är så liten täcks den helt av jordens skugga. Vi har en total månförmörkelse.

6. Flytta månen ett kvarts varv så att den bildar en rät vinkel med solen och jorden. Hur ser månen ut från jorden?

7. Flytta månen ytterligare ett kvarts varv i samma riktning så att den befinner sig mellan solen och jorden. Hur ser månen ut från jorden?

8. Flytta månen försiktigt så att månskuggan faller på jorden. Månskuggan är mindre än jorden. Från de platser på jorden där skuggan faller ser man en solförmörkelse.

Frågor

1. Beskriv hur månen ser ut från jorden vid fullmåne, halvmåne och nymåne.

2. Beskriv hur månen, jorden och solen är placerade i rymden vid fullmåne, halvmåne och nymåne.

3. Beskriv hur månen ser ut från jorden vid en verklig solförmörkelse och månförmörkelse.

4. Beskriv när och hur en solförmörkelse och en månförmörkelse uppkommer.

Bilden: Solsystemets medlemmar varierar i färg, form och sammansättning. De kan vara små som gruskorn och stora som jättelika gasplaneter. Störst av alla i solsystemet är solen, den närmaste stjärnan. (Storlekarna och avstånden mellan kropparna är inte korrekta på bilden.)

Våra grannar i solsystemet

Solsystemet består av solen och en enorm mängd mindre himlakroppar som reflekterar solens ljus. De åtta största kallas planeter och kring dessa kretsar månar. Det finns också miljarder småkroppar som asteroider och kometer av sten och is. Under miljarder år har småkropparna slagit ner på planeterna och månarna och bildat kratrar.

Ord och begrepp

Asteroider är småkroppar som kretsar kring solen mellan Mars och Jupiter.

Astronomisk enhet är avståndet mellan jorden och solen.

Gasplaneterna eller jätteplaneterna är Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

Kometer är isiga snöbollar som kan få huvud och svans när de kommer nära solen.

Kratrar bildas när småkroppar slår ner på en kropp med fast yta, som sten eller is.

Meteorer är små gruskorn som brinner upp i jordens atmosfär.

Månen är jordens närmaste granne i rymden och bildades när en stor himlakropp kolliderade med den unga jorden.

Stenplaneterna eller de jordlika planeterna är Merkurius, Venus, jorden och Mars.

Solen är en stjärna och solsystemets mittpunkt.

Planeter som kretsar kring andra stjärnor än solen kallas exoplaneter. I dag känner vi till över 5 000 exoplaneter.

Solen – vår egen stjärna

I centrum av solsystemet finns solen. Den är en ganska liten stjärna, men jämfört med jorden är den enorm – över en miljon jordar hade rymts inuti den. Solen är källan till all energi på jorden och innehåller tusen gånger mer massa än alla andra kroppar i solsystemet tillsammans.

Solens enorma storlek är orsaken till det ljus och den värme som den strålar ut. Solen består av het gas, mest väte och helium, som blir allt tätare och varmare mot centrum. Längst in omvandlas kärnenergin i väteatomerna till heliumatomer, ljus och andra partiklar. Det tar bara åtta minuter för ljuset från solen att nå jorden.

Solen har strålat ut energi och ljus i 5 miljarder år och kommer att fortsätta med det lika länge till.

När vätgasen i solens centrum tar slut sväller solen upp till en enormt stor och röd jättestjärna. Då sväljer den de inre planeterna och kastar ut sina yttre gasskikt i rymden. Kvar blir en vit dvärgstjärna som inte är större än jorden. Den kommer att svalna i miljarder år tills den blir lika kall som rymden.

Två slags planeter

Kring solen kretsar åtta planeter och enorma mängder mindre himlakroppar. Närmast solen finns fyra små stenplaneter: Merkurius, Venus, jorden och Mars. De kallas också de jordlika planeterna. Längre ut finns de stora gasplaneterna: Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. De kallas också jätteplaneterna.

Mellan Mars och Jupiter kretsar hundratusentals små kroppar av sten och is, asteroiderna. Bortom jätteplaneterna finns kometerna, ”smutsiga snöbollar”, som kommer in i solsystemets inre delar och då ofta får svansar.

Planeterna och kometerna kretsar kring solen i elliptiska banor. Bilden visar solens och planeternas relativa storlekar, men avstånden mellan dem är väldigt mycket större i verkligheten. jorden

Avstånden i solsystemet

Avstånden i solsystemet jämför man ofta med jorden. Om jordens avstånd till solen är 1 blir till exempel avståndet 30 mellan solen och den yttersta planeten Neptunus. Det betyder att Neptunus ligger 30 gånger längre bort från solen än jorden gör.

Man säger att jorden ligger 1 astronomisk enhet från solen och att Neptunus ligger 30 astronomiska enheter från solen.

De stora himlakropparna i solsystemet

avstånd från solen (astronomiska enheter)

med jorden

* Månen kretsar runt jorden på ett avstånd som motsvarar 30 jorddiametrar.

Jorden är den enda kända planeten med flytande vatten på ytan.

De jordlika planeterna

Jorden och de andra stenplaneterna är uppbyggda av sten och metaller. På deras ytor ser man vulkaner och lava, men i övrigt är de mycket olika varandra.

Merkurius och Mars är översållade med nedslagskratrar som har uppstått av asteroider och kometer som har slagit ner under flera miljarder års tid. Ytorna på jorden och Venus är mycket yngre och har därför väldigt få nedslagskratrar.

Jordens yta är yngst bland stenplaneterna: här finns aktiva vulkaner, kontinentalplattor, enorma oceaner och liv. På så sätt är jorden unik i solsystemet.

Venus har en tjock atmosfär av koldioxid. Där har växthuseffekten gått så långt att liv är omöjligt, och människan kommer kanske aldrig

Mars är röd av rost och har moln och polarkalotter som jorden.

Merkurius yta är gammal och översållad med kratrar.

Venus är insvept i en tjock, het och giftig atmosfär.

att kunna sätta sin fot där. De rymdsonder som har landat på ytan har som längst fungerat i någon timme.

Mars är den planet som är mest lik jorden: den har årstider, polarkalotter, tunna moln och stoftstormar. Dess yta är röd av rost som bildades för länge sedan när atmosfären var mycket tjockare och varmare än i dag. Då täckte vatten stora delar av dess yta, men i dag är Mars kall, torr och ogästvänlig. Om liv hann uppstå när planeten var varmare och fuktigare är det möjligt att det finns kvar på vissa ställen än i dag.

Några fakta om de jordlika planeterna

– Solen och planeterna är 4,5 miljarder år gamla.

– Ett år på Merkurius är bara tre månader långt.

– Merkurius är den minsta planeten och mer lik månen än någon annan planet.

– Ett dygn på Venus är längre än ett år på Venus.

– På Venusytan är det 450 grader varmt, trycket är detsamma som på 100 meters djup i haven och molnen innehåller frätande syra.

– Jorden kallas också Tellus.

– Jorden och månen är så stora att man ibland kallar dem en “dubbelplanet”.

– Mars är uppkallad efter den romerska krigsguden med samma namn.

– Mars har årstider, frost, moln och stoftstormar precis som jorden.

– För drygt hundra år sedan trodde man att det fanns vattenkanaler och städer på Mars som var byggda av marsianer.

Robotbilen Perseverance letar efter liv på planeten Mars.

Förr trodde man att det fanns djungler och dinosaurier på Venus.

Månen

Självklart får vi inte glömma bort månen, även om den inte är en planet. I solsystemet finns ingen annan måne som är så stor jämfört med sin moderplanet. Men att månen finns är faktiskt en ren slump.

Det unga solsystemet var fullt av klippblock och småplaneter som kolliderade med varandra och gradvis byggde upp allt större kroppar. När jorden var mycket ung träffades den av en planet som var lika stor som Mars. De kolliderade samtidigt som mängder av sten och lava kastades ut i en ring kring jorden. Ur ringen bildades månen och sedan dess har den svalnat och stelnat, samtidigt som den långsamt har rört sig bort från jorden.

Om man tittar på månen med blotta ögat ser man att den har mörka fläckar. Förr trodde man att dessa var oceaner av vatten, och de kallas därför ”hav”.

Månhaven bildades för 4 miljarder år sedan när småplaneter slog ner på månen, spräckte ytan och flytande lava strömmade ut. Resten av månens yta är ljusa högländer med massor av kratrar som bildades när asteroider och kometer slog ner på månen under flera miljarder års tid.

De yngsta kratrarna ser ljusa ut vid fullmåne och har ljusa strålar som består av utkastade stenar och gruskorn. Med en liten kikare kan man se månens hav, kratrar och berg tydligt, särskilt kring halvmåne.

Alla andra himlakroppar i solsystemet som har fasta ytor har också kratrar. Även på jorden finns kratrar, men de är få eftersom erosionen har raderat ut nästan alla. Utan erosionen från luft, vatten och vulkanism hade jordens yta sett ut som månens. Sjön Siljan är Sveriges största kända krater.

Under flera miljarder år har asteroider och kometer slagit ner på månen. Därför är ytan översållad med runda kratrar. Den stora kratern på bilden heter Clavius.

Jorden har en ovanligt stor måne.

Jupiter är den största jätten bland planeterna. Den röda fläcken är en storm som har varat i flera hundra år och som är lika stor som jorden.

Saturnus vackra ringar kan ses redan i ett litet teleskop. På bilden syns också dess största måne Titan och månens svarta skugga.

Jätteplaneterna

Bland de jättelika gasplaneterna dominerar Jupiter. Den är trehundra gånger mer massiv än jorden och tre gånger tyngre än den näst största planeten, Saturnus. ”Tvillingplaneterna” Uranus och Neptunus är mindre och de två planeter som är mest lika varandra i solsystemet.

Jätteplaneterna har inga fasta ytor utan består av lätta gaser som väte, helium och metan. Deras sammansättning är ganska lik solens, och hade Jupiter kunnat växa sig tio gånger större hade också den blivit en stjärna. Jätteplaneternas tjocka atmosfärer är ordnade i band, och under atmosfären finns djupa hav av flytande väte och helium.

Jupiters molntäcke har röda, bruna och vita moln av olika sammansättning. Saturnus är gulaktig på grund av ett högt skikt av dis som döljer detaljerna i molntäcket. Uranus och Neptunus är vackert grönblå på grund av metangas i atmosfären som reflekterar blått ljus.

Saturnus är den enda planeten som är lättare än vatten. Om man hade lagt den i en tillräckligt stor bassäng hade den alltså flutit!

Jätteplaneterna roterar snabbt kring sina axlar. Dygnet på Jupiter är knappt tio timmar och dygnet på Saturnus är bara något längre. Uranus lutar mer än 90 grader, vilket betyder att den ibland ”rullar” fram i sin bana. Det gör att ena halvan av planeten har ständig dag i 42 år och därefter en lika lång natt.

Uranus rotationsaxel lutar mer än 90 grader. Planeten har tunna, mörka ringar.

Neptunus är Uranus tvilling. Båda har blå atmosfärer och bandformade moln.

Några fakta om jätteplaneterna

– Alla jätteplaneterna har många månar. Saturnus och Jupiter har båda över 100.

– Ett år på Jupiter är 12 år på jorden. Neptunusåret är 165 jordår.

– Jupiter har en enorm cyklon som har snurrat i minst 300 år, den röda fläcken.

– I Jupiters centrum är det långt mycket varmare än på solens yta – hela 30 000 °C.

– Saturnus ringar är så stora att man kan se dem med en fågelkikare.

– Saturnus densitet är lägre än vatten.

– Uranus och Neptunus brukar kallas ”isplaneter”. Långt under deras atmosfärer finns ett skikt med vattenis.

– Man letar efter en stor planet långt utanför Neptunus bana, ”planet nio”.

Kometen McNaught kunde ses för blotta ögat 2007 och visade upp en fantastisk svans som var miljoner kilometer lång.

De mindre kropparna i solsystemet

Vi nämnde tidigare att en enorm kollision hade skapat månen och att de jordlika planeterna alla har nedslagskratrar. De kroppar som orsakade dessa kollisioner finns kvar även i dag, men de är mycket färre än när solsystemet var ungt.

Många småkroppar finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Asteroiderna består mest av sten, men många innehåller också is. Den största asteroiden är Ceres, som är betydligt mindre än månen. Ceres är rund och tillhör därför en klass småplaneter som kallas dvärgplaneter. Pluto är den största dvärgplaneten.

Längst ut i solsystemet finns kometerna. De kastades ut dit i solsystemets begynnelse när de passerade nära Uranus och Neptunus.

Vissa kometer rör sig mot solen och når solsystemets inre delar efter många miljoner år. De som kommer nära solen värms upp och får en atmosfär (”huvudet”) och en svans av gaser och stoft som strömmar ut från isen på ytan.

Pluto upptäcktes 1930 och har en stor måne. Pluto ansågs vara en planet fram till 2006 men räknas nu som en dvärgplanet.

Pluto Plutos måne

En ljusstark meteor blixtrar till på natthimlen och försvinner på någon sekund. Meteorer eller stjärnfall är små gruskorn som störtar in i jordens atmosfär och brinner upp.

En kometsvans är ofta miljontals kilometer lång och kan bli längre än avståndet mellan jorden och solen. En kort tid kan en komet alltså vara det största objektet i solsystemet, även om kärnan bara är några kilometer stor.

Meteorer – grus från rymden

När kometerna kommer nära solen släpper de ifrån sig gas och grus som hamnar utmed kometens bana. Ibland passerar jorden genom en sådan ström av partiklar, och vi kan då se meteorer på himlen. De syns som ljusstreck som varar någon sekund och bildas när gruskornen brinner upp högt i jordens atmosfär.

Meteorer kallas också ”stjärnfall”. Särskilt många ser man i mitten av augusti varje år. De tillhör meteorsvärmen Perseiderna.

Sammanfattning

@ Solen är en stjärna av het vätgas där kärnreaktioner i centrum skapar helium och ljus.

@ Jorden och de andra stenplaneterna är uppbyggda av sten och metaller. På deras ytor finns vulkaner och lava.

@ Jätteplanerna består mest av vätgas och har tjocka atmosfärer ordnade i band på grund av den snabba rotationen.

@ Jupiter är solsystemets största planet. Den röda fläcken är en storm som har varat i flera hundra år och är lika stor som jorden.

@ Månen bildades när jorden var mycket ung och träffades av en planet som var lika stor som Mars.

@ Asteroiderna består mest av sten, men många innehåller också en hel del is. Den största heter Ceres.

@ Kometernas is värms till ånga när de kommer nära solen och ibland får de en lång svans.

@ Meteorer eller stjärnfall är små gruskorn som snabbt brinner upp i jordens atmosfär.

Rymden omkring oss

Våra grannar i solsystemet

Instuderingsuppgifter

1. Vad är en stjärna?

2. Hur gammal är solen?

3. Varför lyser solen och alla andra stjärnor?

4. Vilka två typer av planeter finns i solsystemet?

5. Vilka är de jordlika planeterna?

6. På vilka sätt är de jordlika planeterna lika varandra?

7. Vad är unikt med jorden i solsystemet?

8. Vilka är jätteplaneterna?

9. På vilka sätt är jätteplaneterna lika varandra?

10. Vilken är den största planeten?

11. Vilken planet har de största ringarna?

12. Vad heter de objekt som rör sig i banor mellan Mars och Jupiter?

13. Vilka objekt får ett huvud och ibland en svans när de närmar sig solen?

14. Vad är en meteor?

Aktivitet

En planetmåne

Välj en planet eller en av planeternas månar och skriv en kort uppsats om den. Ta reda på information i NE:s uppslagsverk, på internet eller biblioteket. Frågor att besvara kan till exempel vara:

a. Var ligger den?

b. Hur stor är den? Jämför med jorden eller månen.

c. Vad består den av?

d. Hur ser den ut?

e. Hur har den fått sitt namn?

f. Varför valde du att skriva om den?

En solsystemsmodell

Syfte

Att bygga en modell av solsystemet.

Det här behöver du – Nålar med huvud.

– Flörtkulor.

– Större bollar, beroende på modellens skala.

– Linjal.

– Måttband.

– Papper.

– Penna.

– Eventuellt hobbymateriel som papier maché och målarfärg.

Gör så här

1. Bestäm var du vill ha din modell. Mät upp hur mycket plats som finns. Utrymmet bestämmer hur långt det kan vara mellan solen och den yttersta planeten.

2. Bestäm vilka planeter och andra himlakroppar som ska ingå i modellen. Ofta ingår solen och de åtta planeterna, men det går även att ta med en komet och dess långa svans.

3. Räkna ut skalan i modellen, som bestämmer hur stora solen och planeterna blir. Här räknar vi med att Neptunus är den yttersta planeten och att den ska få plats i rätt skala jämfört med solen. Skalan räknar du ut så här:

skala = avstånd i modellen / avstånd i verkligheten.

Tänk dig att korridoren är 30 meter lång. Eftersom avståndet mellan solen och Neptunus är 30 astronomiska enheter blir skalan då 1 meter = 1 astronomisk enhet (eller 1 meter = 150 miljoner kilometer).

4. Räkna ut var de andra planeterna ska befinna sig med hjälp av skalan. Använd tabellen i texten. Om skalan är som ovan hamnar jorden, som befinner sig 1 astronomisk enhet från solen, 1 meter från solen. Gör en tabell med alla planetavstånd i meter.

5. Räkna ut hur stor solen ska vara. Solens diameter är 1 400 000 km eller 1/100 astronomisk enhet. Med hjälp av skalan räknar vi ut att solens diameter är 1/100 · 1 meter = 0,01 meter = 1 centimeter.

6. Med hjälp av tabellen kan vi räkna ut hur stora planeterna ska vara. Solen är till exempel 110 gånger större än jorden. Då blir jordens diameter 1/110 centimeter = 0,01 centimeter = 0,1 millimeter. Gör en tabell med alla planetstorlekar i millimeter.

7. Häng upp kulor med rätt planetstorlek på de uträknade avstånden från solen.

8. Skriv små lappar vid varje planet med dess namn och kanske en A4-sida med information och bilder om varje planet.

Månens kratrar

Syfte

Att göra och undersöka nedslagskratrar i miniatyr.

Det här behöver du

– Ytmaterial i form av mjöl, bakpulver eller majsmjöl.

– Äggtempera eller glitter med en färg som avviker från de övriga ingredienserna.

– En behållare i plast, metall eller kartong (använd inte glas eller keramik), åtminstone 7 centimeter djup. Ju större yta behållaren har, desto bättre.

– Sil.

– Småsten, golfbollar, kulor och andra mindre föremål.

Gör så här

1. Strö ytmaterialet i behållaren till ungefär 3 centimeters djup.

2. Släta ut ytan och knacka försiktigt på behållaren så att pulvret sätter sig.

3. Sikta äggtempera eller strö glitter med en sil jämnt över hela ytan. Då kan du lättare se skillnad på ytmaterialet och det utkastade materialet som kommer från djupet vid nedslaget.

4. Släpp de olika föremålen på ”månytan”. Prova att släppa föremålen från olika höjd.

5. Använd linjal för att mäta hur djupa och breda kratrarna blir och vilka som har en liten centraltopp. Notera mätningarna.

Frågor

1. Beskriv vad som händer när du släpper ner ett litet objekt på din månyta.

2. Beskriv hur kratern som bildas ser ut. Rita gärna av den eller ta ett foto.

3. Beskriv vad som händer när du släpper ner ett stort objekt på din månyta.

4. Beskriv hur kratern som bildas ser ut. Rita gärna av den eller ta ett foto.

5. Finns det någon skillnad på de två kratrarna, förutom storleken?

6. Undersök om det är någon skillnad mellan små och stora kratrar i verkligheten. Titta till exempel på bilden på Mimas eller på en bild av månens yta.

Register

A

absorption 77–78

acceleration 211, 213

AI 9, 12

Aldrin, Edwin 238 ampere 167

analog klocka 39

Aristoteles 18, 29 Arktis 153

Armstrong, Neil 238 artificiell intelligens 9, 12 asteroid 245–246

asteroidbältet 253

astronomisk enhet 245

atmosfär 123

atom 161

atomkärna 161

atomur 37, 40 attraktion 162

avdunstning 128

avstånd 44

avståndskraft 189, 193

B

balans 207

barometer 137, 139, 141

batteri 171, 178–179 Beaufortskalan 143

big bang 38

bioenergi 115

brus 63, 65–66

brytning 77, 79, 81 buller 63, 65–66 bymoln 132

C

Celsius 42

Celsius, Anders 28, 43, 140 celsiusskalan 43, 140

D

dag 228

decibel 53, 56

digital klocka 39

dimma 142

dragkraft 189, 193, 205 dvärgplanet 253

dygn 227–228

E

eko 63, 65 elektricitet 159–160

elektrisk energi 97

elektrisk komponent 177

elektrisk kraft 193

elektrisk laddning 159, 162 elektrisk symbol 177

elektron 159–163, 167, 172 energi 91–92

energiformer 93

energikälla 111, 113 energiomvandling 91 energiprincipen 91, 93 enhet 15, 45 Eratosthenes 30

erosion 250

ettstrukna A 65 experiment 15, 17

F

fahrenheitskalan 140 ficklampa 180

fjädermoln 132–133

flödande energikällor 111, 115 fossila bränslen 111, 152 foton 69–70

frekvens 63

friktion 189, 205

friktionskraft 193

fritt fall 203–204 fullmåne 237–238

fysik 9–10

färg 77, 82

förnybara bränslen 111

förnybara energikällor 111, 115 förstärkt växthuseffekt 152

G

galax 219, 222 Galilei, Galileo 31, 195, 204 gasplanet 245–246 generator 97

geotermisk energi 114

global uppvärmning 149, 152 glödlampa 167–168 gravitation 195 grundton 63–64

H

halo 132–133 halvmåne 237–238 hastighet 211–212 hertz 63

hygrometer 139, 142

hållbar energikälla 152

hållbar utveckling 111, 116 högtryck 123, 126, 141 höstdagjämning 227, 231

I

icke-fossila bränslen 152

icke-förnybara energikällor 111, 113 infraljud 55

infrarött ljus 83

instrument 15, 18 isolator 101, 159, 162, 164

J

jordaxel 230

jorden 247–248

jordfelsbrytare 173

jordlik planet 245

Jupiter 247, 251 jämvikt 203, 207 jätteplanet 245

K

Karlavagnen 220 kastbana 203

kemisk energi 91, 94 klang 63–64

klimat 123–124

klimatförändring 123, 149, 152 klocka 37–38 kol 114

koldioxid 149, 152 komet 245–246, 253

komponent 178

kontaktkraft 189, 193 konvektion 101, 105 kopplingsschema 177, 179 kraft 189–190, 203

krater 245, 250 krets 167–168, 170, 172 kvartsur 40

kärnenergi 91, 97, 114

L

laboration 15, 19

laborationsrapport 19

laddning 160–161

lagrade energikällor 111, 113–114

lampa 178–179

ledare 159, 162, 172, 179

ledning 162

Linné, Carl von 28

linsteleskop 195

ljud 53–54

ljudhastighet 53, 57

ljudstyrka 53, 55–56

ljudvåg 53

ljus 69

ljuskälla 69–70

ljusstyrka 69

luft 127

luftfuktighet 128, 142

luftfuktighetsmätare 137

lufttryck 123, 126, 141

lågtryck 123, 126, 141

lägesenergi 91, 95

längd 44, 46

M

magnetisk kraft 193

Mars 247–248

massa 37, 41, 46

matematik 9, 11–12

McNaughts komet 253

Méliès, Georges 33

Merkurius 247–248

meteor 245, 254

meteorolog 139

meteorologi 137

midnattssol 230

modell 9, 12

moln 123, 128

motkraft 189, 194

musik 63

månad 227–228

månen 237, 245, 247, 250

månfas 237–238

månförmörkelse 30, 237, 239

månhav 250

mätetal 45

mätinstrument 37

mätning 15, 37

N

natt 220, 228

naturgas 114

naturlig växthuseffekt 150

naturvetenskap 9

nebulosa 219, 223

nederbörd 123, 128, 144

nederbördsmätare 137, 139, 144

negativ laddning 159

Neptunus 247, 251–252 newton 189

Newton, Isaac 28, 195 normalkraft 189

normaltid 40

nymåne 237–238

O

observation 15, 17

Orion 221 orkan 143

P parallellkoppling 177, 181–182

Pegasus 221

planet 219, 246

planetarisk nebulosa 223

Pluto 253

Polhem, Christoffer 28

positiv laddning 159

prisma 80

programmering 9

proton 159, 163

R

radiovåg 83 reflektion 69, 77 regnbåge 9, 80 regnmoln 132–133

relativ fuktighet 142

religion 32 repulsion 162

retardation 211, 214 robot 34

rotationsaxel 230

råolja 114

rörelse 203

rörelseenergi 91, 95

S

sammansatt ton 64

satellit 224

Saturnus 247, 251

science fiction 27, 33

seriekoppling 177, 181

simulering 9, 12

Sirius 222

SI-systemet 45

skiktmoln 132–133

skottdag 231

skottsekund 232

skottår 231–232

skugga 69, 71

slöjmoln 132

smärtgräns 56

snödjup 144

solcell 115

solen 245–247

solenergi 115

solförmörkelse 237, 239

solur 37, 40

sommarsolståndet 227, 231

Sommartriangeln 221

spegel 79

spegelbild 73

spegelteleskop 195

spektrum 77, 79–80

spiralgalax 223

spridning 77, 82

spänning 167, 171–172

stackmoln 132

statisk elektricitet 159, 163–164

stenkol 113

stenplanet 245–246

stjärna 219, 222

stjärnbild 219–220

stjärnfall 254

stjärnhop 219, 223

storhet 15, 45

storm 143

strålning 91, 96, 101, 105 ström 167–168

strömbrytare 179–180

strömstyrka 167, 169

stödyta 207

supernova 220

svängning 53

syn 69

T

teknik 9–10

teleskop 15

temperatur 37, 42, 46, 140

termometer 137, 139–140

tid 11, 37–38, 46

tidszon 37–38

timglas 37, 40

ton 53, 64

tonhöjd 53, 55, 63–64

tryck 189, 196

tryckkraft 203

tryckvåg 53

tyngd 37, 41, 203

tyngdkraft 37, 41, 189, 193, 203, 205

tyngdlöshet 41, 203

tyngdpunkt 203, 206

U ultraljud 55

ultraviolett ljus 83

Uranus 247, 251–252

V

vakuum 53, 55

valkmoln 132–133

vattenenergi 115

vattenånga 128, 149

vattnets kretslopp 128

Venus 247–248

vetenskap 32

vetenskapliga metoden 18

vibration 53–54

vind 123, 127

vindenergi 115

vindhastighet 142

vindkraftverk 115

vindmätare 137, 139, 142

vindstyrka 142–143

vinkel 44

Vintergatan 219, 222–223

vintersolståndet 227, 231

volt 167

volym 46, 55

vårdagjämning 227, 231

väder 123–124, 138

väderinstrument 139

väderkarta 129

väderobservation 137

väderprognos 123, 129, 137–138 väderstation 137

värme 37, 42, 83, 91, 96, 101–102

värmeisolering 104

värmeledare 101

värmeledning 101, 103

värmeöverföring 101–102

växthuseffekt 149, 151

växthusgas 149–150, 152

Å

år 227–228

årstid 229, 231

återanvändning 111, 116 återvinning 111, 116

Ö

översvämning 149

överton 63, 65

Bildförteckning

NE Fysik 4 – 6

NE Fysik 4–6 utgår från det centrala innehållet i kursplanen för fysik 4–6 (Lgr22) och behandlar alla arbetsområden: fysiken i naturen och samhället samt systematiska undersökningar och

granskning av information.

Boken tar upp hur ljus och ljud transporteras och samverkar med omgivningen, hur energi omvandlas och ger upphov till krafter och rörelser, hur vädret och klimatet fungerar och påverkas av människans energianvändning, hur elektricitet fungerar och används i hemmet samt hur jorden rör sig och dess plats i universum. Syftet är att väcka intresse för fysiken genom varierande texter och praktiska övningar där eleverna inspireras att utveckla sin förståelse för fysiken och bygga en grund för vidare studier.

Tillsammans med resurserna i NE:s digitala läromedel, som filmer, extramaterial, övningar, stödfunktioner och lättlästa versioner, kan du anpassa undervisningen och lärandet efter olika elevers behov och förutsättningar.

ISBN 978-91-88423-86-3