S T E L L A
RöRelse, kRaft och tRyck
När du åker bil ska du ha säkerhetsbälte och när du cyklar ska du ha hjälm. Säkerhetsbältet håller kvar dig i sätet om bilen krockar och hjälmen skyddar ditt huvud från att slå i marken om du ramlar. Säkerhetsbältet och hjälmen har till uppgift att motverka olika rörelser, krafter och tryck som kan skada dig om du är med i en olycka. I många olika situationer i din vardag möter du rörelser, krafter och tryck som påverkar dig på olika sätt.
• Rörelse
• Krafter trycker och drar
• Fritt fall och gravitation
• Kraft och rörelse på gott och ont
• Tryck
I det här avsnittet får du läsa om:
• Vad hastighet, fart och medelhastighet är
• Hur du kan göra beräkningar med hastighet
• Enhetsomvandlingar när du beräknar hastighet
• Vad skillnaden är mellan acceleration och likformig rörelse
Hastighet
Fart
Medelhastighet
Accelererad rörelse
Likformig rörelse
om du cyklar nerför en backe kan du känna hur det går snabbare och snabbare, och om du cyklar uppför en backe går det långsammare. När du svänger måste du luta cykeln för att inte välta. allt det här handlar om att du och cykeln har olika rörelser i olika situationer.
På bilvägar finns det oftast hastighetsbegränsningar och de talar om hur snabbt fordon får röra sig där. Till exempel är den högsta tillåtna hastigheten utanför en skola alltid 30 km/h. Den hastigheten betyder att ett fordon rör sig 30 km på en timme. I fysiken handlar hastighet också om att föremål har en viss riktning. Hastighet beskriver alltså hur ett föremål rör sig, både hur snabbt och i vilken riktning.
Om man bara vill tala om hur snabbt något rör sig använder man i fysiken begreppet fart. Det vore alltså mer rätt att säga att fartbegränsningen utanför skolan är 30 km/h eftersom man inte får köra snabbare, oavsett i vilken riktning man kör.
Vi kan beskriva vad hastighet betyder i fysiken med ett exempel. En blå bil kör med farten 30 km/h förbi skolan. Om vi ska säga något om hastigheten måste vi ange riktningen, som till exempel kan vara rakt mot öster. Hastigheten är då 30 km/h mot öster. En röd bil kör i motsatt riktning med samma fart, alltså 30 km/h. När vi jämför bilarnas hastighet så kör den röda bilen i stället med hastigheten − 30 km/h mot öster. Anledningen är att den rör sig mot väster som är motsatt riktning, alltså bort från öster. En grön bil som kör på en korsande väg med farten 30 km/h har hastigheten 0 km/h mot öster, den rör sig ju varken mot öster eller väster. 0 km/h mot öster
30 km/h mot öster
30 km/h mot öster
Fyll i begreppen som saknas. I fysiken talar om hur snabbt och i vilken riktning något rör sig medan bara talar om hur snabbt något rör sig.
kRaft och tRyck
Om du åker bil kan du se farten på hastighetsmätaren. En sträcka kanske det är motorväg och då visar hastighetsmätaren 110 km/h. Vid en korsning kanske det är rött ljus och då visar den 0 km/h.
Farten ändrar sig alltså hela tiden och så är det med nästan all rörelse i verkligheten.
För att ändå kunna säga något om hur snabbt du rör dig mellan två platser kan du beräkna en medelhastighet. Då måste du känna till hur lång sträcka du rört dig och hur lång tid det tagit. Du kan tänka dig att medelhastigheten är den hastighet du skulle haft om du hade rört dig rakt fram en viss sträcka under en viss tid utan att ändra farten. Medelhastigheten beräknar du genom att dividera sträckan i kilometer med tiden i timmar. Sträcka brukar betecknas med bokstaven s, tid med bokstaven t och medelhastighet med bokstaven v. Anledningen till att v står för medelhastighet är att det engelska ordet för hastighet är velocity. Detta kan man skriva som en formel med ord eller bokstäver enligt rutan här nedanför.
medelhastighet = sträcka v = s
tid t
Karoline kör 270 km och det tar 3 timmar.
Beräkna hennes medelhastighet.
1. Du har fått värdet för sträckan.
2. Du har fått värdet för tiden.
3. Använd formeln och beräkna medelhastigheten.
Beräkna så här:
sträcka = 270 km
tid = 3 h
medelhastighet = sträcka = 270 km = 90 km/h
tid 3 h
Svar: Karolines medelhastighet är 90 km/h.
Hastigheten i trafiken anges i enheten kilometer per timme, km/h. Det finns en annan vanlig enhet för hastighet som är meter per sekund, m/s. Den används när man till exempel ska tala om hur mycket det blåser. Om du ska göra en beräkning och svara med enheten meter per sekund ska du omvandla sträckan till meter och tiden till sekunder innan du gör beräkningen.
Martin springer 12 km på 1 timme.
Beräkna hans medelhastighet.
Svara i m/s.
1. Du har fått värdet för sträckan.
2. Skriv sträckan i enheten meter.
3. Du har fått värdet för tiden.
4. Skriv tiden i enheten sekunder.
5. Använd formeln och beräkna medelhastigheten.
Beräkna så här:
sträcka = 12 km
sträcka = 12 km = 12 000 m
tid = 1 h
tid = 1 h = 60 minuter = 60 · 60 sekunder = 3 600 s
v = s = 12 000 m ≈ 3,3 m/s t 3 600 s
Svar: Martins medelhastighet är ungefär 3,3 m/s.
Ofta är det inte just medelhastigheten du ska beräkna. Ibland vet du i stället medelhastigheten och sträckan och ska beräkna tiden. Ibland ska du beräkna sträckan.
Med de tre formlerna till höger kan du beräkna hastighet, sträcka eller tid.
Alice kör med medelhastigheten 70 km/h i 3 timmar och 30 minuter. Beräkna hur lång sträcka hon har kört.
1. Du har fått värdet för medelhastigheten.
2. Du har fått värdet för tiden.
3. Skriv tiden i enheten timmar.
4. Använd formeln och beräkna sträckan.
= s s = v · t
tecknet ≈ betyder ungefär lika med, alltså avrundat.
Beräkna så här:
medelhastighet = 70 km/h
tid = 3 h och 30 min
tid = 3 h och 30 min = 3,5 h
sträcka = medelhastighet · tid = 70 km/h · 3,5 h = 245 km
Svar: Alice har kört 245 km.
Jesper kör 110 mil och håller medelhastigheten 80 km/h.
Beräkna hur lång tid han kör.
1. Du har fått värdet för sträckan.
2. Skriv sträckan i enheten kilometer.
3. Du har fått värdet för medelhastigheten.
4. Använd formeln och beräkna tiden.
5. Omvandla 0,75 h till minuter.
Beräkna så här:
sträcka = 110 mil
sträcka = 110 mil = 1 100 km
medelhastighet = 80 km/h
v = s = 1 100 km = 13,75 h
t 80 km/h
0,25 h = 15 minuter och då är 0,75 h = 45 minuter
Svar: Jesper kör i 13 h och 45 minuter.
När bussen accelererar måste du hålla i dig.
Om du står i en buss känner du olika sorters rörelser. När bussen kör i väg känner du att det går snabbare och du kan behöva hålla i dig. Efter en stund kör bussen varken snabbare eller långsammare och då håller du lätt balansen. Om bussen svänger kan du känna att du rör dig i sidled och kanske måste du ta tag i något för att inte tappa balansen. När bussen närmar sig en hållplats kan du känna hur bussen saktar in tills den stannar vid hållplatsen.
Ge tre exempel på accelererad rörelse.
När bussen kör snabbare, svänger eller bromsar in kallas det för en acceleration eller accelererad rörelse. I vardagen betyder acceleration att ett föremål ökar sin fart men i fysiken är acceleration även när ett föremål minskar sin fart eller ändrar riktning, alltså när bussen bromsar eller svänger. Hastighetsminskning kan även kallas för retardation. Accelererade rörelser kan de som befinner sig i bussen känna. När bussen däremot inte kör snabbare, saktar in eller svänger kan man kalla det för en likformig rörelse. En likformig rörelse betyder att det inte är någon acceleration och därför känner man inte av den.
Begrepp och fysikaliska samband
1. Para ihop begreppen a–c med förklaringarna Å–ö.
A fart Å När ett föremål rör sig snabbare, svänger eller bromsar in.
B hastighet Ä När ett föremål rör sig i en viss riktning.
2. Vilket alternativ är inte en accelererad rörelse?
A en cyklist bromsar in vid ett rödljus.
B ett flygplan startar och lyfter.
C acceleration Ö När ett föremål rör sig utan att riktningen spelar någon roll.
C en bil kör rakt fram med samma fart på en helt jämn motorväg.
D en bil svänger in på en väg utanför en skola.
3. Ge tre olika exempel på när en bil accelererar.
4. Välj rätt formel från rutan och lös uppgifterna nedan.
a) en cyklist cyklar 30 km på 2 timmar. hur stor är cyklistens medelhastighet? svara i enheten km/h.
b) en bil kör 90 km/h i 4 timmar. hur lång sträcka kör bilen? svara i enheten km.
c) ett flygplan åker 90 mil på 2 timmar och 30 minuter. hur stor är flygplanets medelhastighet? svara i enheten km/h.
d) ett tåg åker 55 mil och har medelhastigheten 200 km/h. hur lång tid tar tågresan? svara i timmar och minuter.
e) en mopedist kör med medelhastigheten 45 km/h i 1 timme och 15 minuter. hur lång sträcka kör mopedisten?
5. förklara varför likformiga rörelser är ovanliga i verkligheten.
Naturvetenskapliga argument och källor
6. kalle säger:
Hastighetsmätare
borde kallas fartmätare.
tycker du han har rätt. Motivera.
7. läs artikeln som handlar om hastighetsgränser i trafiken.
SENAST UPPDATERAD 31 OKT 2023
Trafikverket arbetar systematiskt med Nollvisionen – att ingen ska dö eller skadas allvarligt i trafiken. Vi jobbar med att anpassa hastighetsgränserna till vägarnas utformning, ett uppdrag som ingick i propositionen om Nollvisionen och det trafiksäkra samhället. Det handlar om att rädda liv och att skapa så säkra möten som möjligt.
Det bästa sättet att minska risken för mötesolyckor är att separera körfält med mitträcken. När en väg har mitträcke kan vi normalt höja hastighetsgränsen till 100 km/h.
På vägar utan mittseparering behövs andra insatser för att snabbt skapa det säkra mötet. Därför är den lämpligaste åtgärden att sänka hastighetsgränsen till 80 km/h på vägar som saknar mittseparering. Det gäller för vägar med relativt mycket trafik, det vill säga 2 000 fordon per dygn eller mer.
Genom att anpassa hastighetsgränserna till vägarnas utformning, med omskyltning samt om- och nybyggnad, räddar vi liv. Hastighetsanpassning är den effektivaste och mest kostnadseffektiva trafiksäkerhetsåtgärden på vägar där vi ännu inte infört mittseparering.
Restiden påverkas oftast marginellt av en hastighetssänkning. Om du kör i 80 km/h i stället för 90 km/h förlorar du maximalt 50 sekunder per mil. Samtidigt minskar risken att omkomma med 40 procent om du kolliderar i 80 km/h jämfört med kollision i 90 km/h. En krock i 90 km/h motsvarar ett fall från tionde våningen.
källa: trafikverket.se
De källkritiska perspektiven är:
• syfte
• objektivitet
• avsändare
• tidpunkt
• källhänvisningar
a) sök naturvetenskaplig information i texten och uppge ett exempel på hur ändringar av hastighetsbegränsningar kan påverka människor.
b) Resonera kring artikeln ur två källkritiska perspektiv.
Systematiska undersökningar
Bygger en backe.
8. annette vill ta reda på vilken medelhastighet en vagn får när den har rullat ner för olika branta backar. så här gör hon:
Mäter upp sträckan 1 m från backens slut.
släpper vagnen högst upp på backen och mäter hur lång tid det tar för vagnen att rulla 1 m när den lämnat backen.
Ändrar backen så att den blir brantare och upprepar punkten ovan.
Annette får följande mätvärden:
I den mindre branta backen rullade vagnen 1 m på 3,2 s.
I den brantare backen rullade vagnen 1 m på 1,5 s.
Du ska göra följande:
Din uppgift är att sammanställa resultatet från annettes undersökning.
a) Beräkna vagnens medelhastighet i de två försöken.
b) sammanställ resultatet i en tabell. tabellen ska ha ett tabellhuvud med rubriker och innehålla information om sträcka, tid och medelhastighet.
I det här avsnittet får du läsa om:
• Att en kraft kan ändra rörelse och form på föremål
• Att du kan visa krafter med kraftpilar
• Hur du kan mäta krafter med en dynamometer
• Hur krafter och motkrafter får saker att ligga stilla
• Hur krafter och motkrafter får saker att röra sig
• Hur krafter kan läggas ihop
Kraft Dynamometer
Newton Kraftpil Motkraft
Luftmotstånd Resulterande kraft
kraften från krocken har ändrat plåtens form.
om du dragit en kundvagn har du förmodligen känt att den blir svårare att dra i gång och svänga när du fyller den med fler varor. Man kan säga att du måste använda en större kraft för att flytta en kundvagn när den har en större massa.
Man kan använda begreppet kraft på olika sätt. Om man säger ”motorn skapar en kraft som gör så att bilen rör sig framåt” använder man begreppet kraft på ett fysikaliskt sätt. Om man däremot säger ”jag är så trött, jag känner mig kraftlös” så använder man begreppet kraft på ett mer vardagligt sätt. I fysiken är en kraft riktad åt något håll, den kan ha olika storlek och den kan ändra ett föremåls form eller rörelse. Detta betyder att en kraft kan göra så att ett föremål trycks ihop, ändrar riktning eller fart.
Om en tennisspelare träffar en boll så kommer kraften från tennisracketen att ändra både bollens form och rörelse genom att bollen trycks ihop och börjar färdas mot den andra spelaren.
Tennisbollen är gjord för att återfå sin form direkt efter träffen.
Om däremot en bil kör på något hårt kommer kraften att göra så att det blir en buckla på bilens plåt, och den kommer inte att återfå sin form.
kraften från en tennisracket ändrar bollens form och gör så att den rör sig åt ett nytt håll. efter slaget återfår bollen sin form.
När du cyklar använder du krafter för att ändra hur cykeln på olika sätt rör sig. Krafterna gör så att cykeln accelererar på olika sätt. Det kan till exempel vara så här:
• Dina ben trycker på tramporna med en kraft som överförs via kedjan till bakhjulet så att cykeln börjar röra sig framåt. Cykeln får en accelererad rörelse som ökar hastigheten.
• När du ska stanna måste du trycka på bromsen så att det skapas en kraft som bromsar hjulen. Cykeln får en accelererad rörelse som minskar hastigheten.
• För att svänga behövs det en kraft riktad åt sidan som du får genom att vrida på styret. Cykeln får en accelererad rörelse som ändrar riktningen som cykeln åker i.
När du mäter krafter på fysiklektionerna använder du en dynamometer. Den har ofta en fjäder och en skala som visar hur stor kraft du använder för att dra ut fjädern. Dynamometern visar kraften i enheten newton, N. Genom att haka fast dynamometern på ett föremål kan du mäta hur stor kraft som behövs för att dra föremålet.
Med en dynamometer kan du mäta krafter.
BÖRJA
HÄR
om du lutar dig mot en vägg så trycker du mot väggen med en kraft.
När du ska rita en kraft i fysiken ritar du den som en pil. Kraftpilen pekar åt samma håll som kraften drar eller trycker, och pilens längd talar om hur stor kraften är. Så här kan du rita ut kraftpilar.
Vägg
samtidigt kommer väggen att hålla emot med en lika stor kraft.
Då pekar kraftpilarna i motsatt riktning och de är lika långa.
om du däremot lutar dig mot en låda som glider i väg så är det en mindre kraft som håller emot och då är den kraftpilen kortare.
Kraften från väggen håller emot kraften från personen som lutar sig mot väggen. En kraft som håller emot en annan kraft på det här sättet kallas för motkraft. Om kraften och motkraften som påverkar ett föremål är lika stora så kommer föremålet att ligga still. När personen i stället lutar sig mot lådan så glider lådan i väg. Det beror på att den ena kraften är större och då kommer den att få lådan att börja röra sig i den större kraftens riktning.
Luftmotstånd är en motkraft
Om du cyklar i motvind kan du känna att det blir jobbigt att röra dig framåt. Det som händer är att molekylerna i luften krockar med dig och varje liten krock blir till en liten kraft som du måste trycka mot för att kunna röra dig framåt. Luftmotståndet är en motkraft till kraften som får cykeln att röra sig framåt. Om kraften och motkraften är lika stora ändras inte farten. Ju större luftmotstånd desto större blir motkraften. Det fungerar så här om du cyklar:
Luftmotstånd (Motkraft) Kraft
Luftmotstånd (Motkraft) Kraft
Mycket vind ger stort luftmotstånd och då måste du använda en större kraft på tramporna för att röra dig framåt.
lite vind ger lite luftmotstånd och då behöver du använda mindre kraft på tramporna för att röra dig framåt.
för
Kraft och motkraft driver flygplan och raketer
Om du sitter på en stol med hjul och trycker mot en vägg så kommer stolen att rulla bakåt. Du trycker med en kraft och väggen trycker tillbaka med en motkraft. Om du sitter på stolen och kastar i väg ett tungt föremål kommer samma sak att hända. När du kastar trycker du på föremålet med en kraft framåt och föremålet trycker med en motkraft så att stolen rullar bakåt.
Om du ska resa långt kanske du åker med ett jetflygplan. På flygplanet sitter motorer som skickar ut heta gaser bakåt. Motorn trycker gaserna bakåt med en kraft. När gaserna trycks bakåt kommer de i sin tur att trycka framåt med en motkraft på motorerna. Det är det som gör så att flygplanet rör sig framåt.
Vad händer med en låda om den påverkas av en kraft och en motkraft som är a) lika stora? b) olika stora?
RöRelse, kRaft och tRyck
om två krafter drar åt motsatt håll kan du subtrahera krafterna. Du subtraherar den minsta kraften från den största kraften och den resulterande kraften kommer att peka åt samma håll som den största kraften. Resulterande kraft = 3 N – 2 N = 1 N.
När flera krafter drar i samma föremål kan man lägga ihop
krafterna till en sammanlagd kraft, en resulterande kraft.
Du kan tänka så här:
Resulterande kraft
Resulterande kraft
BÖRJA HÄR
om två krafter i stället drar åt samma håll kan du addera krafterna för att få den resulterande kraften. Resulterande kraft = 2 N + 3 N = 5 N.
Om krafterna drar åt olika håll som på figuren nedan måste du rita upp kraftpilarna för att kunna ta reda på den resulterande kraften.
Då gör du så här:
Rita kraftpilarna så att de börjar i punkten där krafterna drar i föremålet och pekar åt rätt håll. Varje centimeter ska motsvara en Newton.
Rita den kortaste kraftpilen igen, men den ska börja från den längre kraftpilens spets.
Rita slutligen en ny kraftpil som börjar där kraftpilarna drar i föremålet och slutar i den yttersta kraftpilens spets. Mät längden av den resulterande kraftpilen. Varje centimeter motsvarar 1 Newton.
Resulterande kraft
Begrepp och fysikaliska samband
1. Vilka uttryck a–D använder begreppet kraft på ett fysikaliskt sätt?
A en flygplansmotor ger en enorm kraft som skapar rörelse.
B statyn gör så att kungen ser kraftfull ut.
C en cyklist påverkar cykeln med krafter.
D Jag blir helt kraftlös efter ett hårt träningspass.
2. Rita en bild som visar en kraft på 3 N som drar en låda åt höger.
3. På vilka tre olika sätt kan en kraft påverka ett föremål?
4. en bil kör med samma hastighet på en väg.
a) Rita en skiss av bilen och rita ut en kraft som drar bilen framåt och en motkraft från luftmotståndet.
b) Rita en ny skiss av bilen och rita ut krafterna om den kör med samma hastighet men med starkare motvind.
5. Rita av figurerna nedan på ett rutat papper med linjal och ta reda på den resulterande kraften.
6. två krafter, 2 N och 3 N, drar i en låda åt var sitt håll. Beräkna den resulterande kraften på lådan. Rita en bild om du behöver.
7. två krafter, 3 N och 5 N, drar åt varsitt håll på en låda. Beräkna den resulterande kraften på lådan. Rita en bild om du behöver.
I det här avsnittet får du läsa om:
• Att gravitation skapar tyngdkraft på olika föremål
• Hur krafter kan delas upp
• Hur man kan mäta och beräkna tyngdkraft
• Hur föremål accelererar när de påverkas av en tyngdkraft
• Hur föremål accelererar vid fritt fall
• Hur satelliter kan röra sig i omloppsbana runt en planet
• Centralrörelse och vad som händer när ett föremål lämnar en centralrörelse
Gravitation
Tyngdkraft
Tyngdacceleration
Vakuum
Fritt fall
Satellit
Omloppsbana
Centralrörelse
Centripetalkraft
Du kanske har varit på en nöjespark och prövat en åktur med fritt fall? Då har du upplevt hur det känns när gravitationen gör så att du faller nästan helt fritt. om något faller genom jordens atmosfär så påverkas det av gravitationen som drar nedåt och luften som bromsar upp. I fysiken är fritt fall lite annorlunda.
Gravitationen drar
föremål mot jordens mitt
Om du står på en mur och kliver över kanten kommer du att falla ner till marken nedanför muren. Rörelsen nedåt är en acceleration som beror på att jordens gravitation drar dig mot jordens mitt med en kraft, tyngdkraften.
Om du står på ett högt berg eller om du sitter i ett flygplan högt över havsnivån är tyngdkraften lite mindre. Det beror på att gravitationen blir svagare när man är längre bort från jorden.
Om du åker riktigt långt ut i yttre rymden påverkas du så lite av gravitationen att du blir tyngdlös och svävar omkring. Då finns det ingen tyngdkraft alls som påverkar dig.
Gravitationen drar föremål mot varandra
Gravitationen drar dig mot jordens mitt. Om man ska vara fysikaliskt korrekt så är det inte du som dras till jorden utan du och jorden dras till varandra. Alla föremål med massa har nämligen gravitation. Eftersom jordens massa är så väldigt mycket större än din så märks det inte att din gravitation påverkar jorden. Gravitationen håller kvar föremål på jordens yta.
Månen har mindre massa än jorden. Det gör att månens gravitation är svagare, endast 1/6 av jordens. Om du står på en våg och den visar 60 kg på jorden så skulle samma våg bara visa 10 kg om du var på månen. Om du däremot skulle kunna stå på en våg på
Jupiter skulle den visa hela 150 kg eftersom Jupiters gravitation är 2,5 gånger större än jordens. Jupiters gravitation ger en mycket starkare tyngdkraft än jorden.
Om du cyklar nedför en backe kommer cykeln att öka farten, accelerera. Om backen är brantare kommer cykeln accelerera snabbare. Det här beror på att tyngdkraften skapar en kraft framåt i backen. Du kan visa det genom att rita upp tyngdkraften och sedan dela upp den i två olika krafter – en kraft som är riktad i samma riktning som backen (A) och en annan kraft som är riktad nedåt vinkelrät mot backen (B). I bilderna kan du se att en brantare lutning gör så att den framåtriktade kraften blir större.
Vilka ord saknas i meningen? Jordens drar dig mot jordens mitt med en som kallas .
kRaft och tRyck
När en person väger 60 kg betyder det att materian, alltså alla atomer i kroppen, har massan 60 kg. Följande påverkar hur stor tyngdkraften blir på ett föremål:
• Föremålets massa
• Hur stark gravitationen är på planeten eller månen
• Avståndet till planeten eller månen
Tyngdkraften skiljer sig lite åt, beroende på var på jorden man befinner sig. Det beror på att jorden inte är helt klotrund utan lite tillplattad. Vid ekvatorn är man därför lite längre från jordens centrum än vid jordens poler och det gör så att tyngdkraften är lite mindre där. Du kan mäta hur stor tyngdkraften är på olika platser med en dynamometer. Om du vet massan på ett föremål kan du även beräkna tyngdkraften. För att ta reda på hur du gör den beräkningen kan du mäta massan och tyngdkraften på några olika föremål. I tabellen finns resultatet när man vägt tre föremål med våg och sedan mätt tyngdkraften med en dynamometer:
FÖREMÅL VÅG (KG) DYNAMOMETER (N)
chokladkaka 100 g 0,1 kg
chokladkaka 200 g 0,2 kg
Mjölkpaket 1 kg
1 N
2 N
10 N
I tabellen kan du till exempel se att massan 0,1 kg eller 100 g ungefär motsvarar tyngdkraften 1 N och att massan 1 kg motsvarar tyngdkraften 10 N. Om du gör en noggrannare mätning kommer du se att massan 1 kg motsvarar en tyngdkraft på 9,8 N. Det innebär att tyngdkraften är 9,8 N/kg på jorden. Om du släpper ett föremål gör tyngdkraften så att det faller nedåt och ökar sin hastighet, det accelererar. Därför säger man att tyngdkraften på jorden skapar en tyngdacceleration som är 9,8 N/kg och betecknas med bokstaven g. Om man mäter ännu noggrannare är tyngdaccelerationen 9,78 N/kg vid ekvatorn och 9,83 N/kg vid jordens poler. Eftersom månens gravitation är en sjättedel av jordens, blir tyngdaccelerationen på månen endast 1,6 N/kg och på Jupiter är
den lite mer än 25 N/kg. För att beräkna tyngdkraften multiplicerar man massan med tyngdaccelerationen enligt formeln:
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration
För enkelhetens skull ska du använda tyngdaccelerationen = 10 N/kg för tyngdaccelerationen på jorden när du gör beräkningar.
En person har massan 60 kg och står på jorden. Hur stor är tyngdkraften?
1. Du har fått värdet för massan.
2. Du ska använda värdet för tyngdaccelerationen på jorden.
3. Använd formeln och beräkna tyngdkraften.
Beräkna så här: massa = 60 kg
tyngdaccelerationen = 10 N/kg
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration = 60 kg ∙ 10 N/kg = 600 N
Svar: Tyngdkraften är 600 N.
Beräkna tyngdkraften om samma person stod på Jupiter.
1. Du har värdet för massan.
2. Du ska använda värdet för tyngdaccelerationen på Jupiter.
3. Använd formeln och beräkna tyngdkraften.
Beräkna så här: massa = 60 kg
tyngdacceleration = 25 N/kg
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration 60 kg ∙ 25 N/kg = 1 500 N
Svar: Tyngdkraften är 1 500 N på Jupiter.
Om du håller upp en sten kommer tyngdkraften att dra den nedåt.
Så länge du håller upp stenen kommer du att hålla emot tyngdkraften.
Den motsatta kraften som håller uppe stenen är en motkraft till tyngdkraften. Motkraften kommer från din hand när du håller upp stenen.
Vilka tre saker påverkar hur stor tyngdkraften på ett föremål är?
Den första stunden faller hopparen utan fallskärm och då ökar hastigheten mer och mer. Det beror på att tyngdkraften är större än luftmotståndet och då accelererar fallskärmshopparen.
Vid ungefär 200 km/h ökar inte hastigheten längre. Det beror på att luftmotståndet är lika stort som tyngdkraften och då är hastigheten konstant.
När fallskärmshopparen fäller ut sin fallskärm blir luftmotståndet mycket större än tyngdkraften och då minskar hastigheten så att fallskärmshopparen faller mycket långsammare.
igen
När en fallskärmshoppare hoppar från ett flygplan finns det två krafter som påverkar hopparen: tyngdkraften och luftmotståndet. Luftmotståndet är en motkraft till tyngdkraften, alltså en kraft som är riktad åt motsatt håll. Till vänster beskriver vi hur en fallskärmshoppare påverkas av krafterna under ett hopp.
Om du släpper en fågelfjäder och en kula samtidigt så kommer kulan att slå i marken före fågelfjädern. Det beror på att fjädern bromsas mer av luftmotståndet än kulan. Om man skulle låta fjädern och kulan falla i ett rum utan luft, i vakuum, skulle fjädern och kulan slå i marken samtidigt. Det beror på följande:
• Den enda kraft som påverkar föremålen är tyngdkraften som drar dem nedåt.
• Kulan väger mer än fjädern och det gör att den påverkas av en större tyngdkraft.
• Men eftersom fjädern väger mindre än kulan behövs det en mindre kraft för att nå samma fart som kulan.
Ju långsammare fallskärmshopparen faller desto mindre blir luftmotståndet. till slut är tyngdkraften och luftmotståndet lika stora igen och då faller fallskärmshopparen med en konstant låg hastighet till marken.
RöRelse, kRaft och tRyck
Att kraften på kulan är större och att det samtidigt behövs en mindre kraft för att accelerera fjädern, gör så att kulan och fjädern faller lika snabbt. När ett föremål faller i vakuum säger man i fysiken att det är fritt fall. Ofta är luftmotståndet så litet att man struntar i det och säger fritt fall även om något faller i luft.
Om du till exempel skulle släppa en blykula och en träkula med samma storlek samtidigt från toppen av en stege, så skulle de slå i marken nästan samtidigt. Det blir i princip fritt fall. Men om du i stället skulle släppa blykulan och träkulan från ett höghus så skulle blykulan slå i marken före träkulan. Det beror på att när farten ökar, så ökar också luftmotståndet och då påverkas den lättare träkulan mer. Då kan man i fysiken inte längre se det som fritt fall.
Fritt fall och rörelse i sidled
Titta på bilden nedan. Tänk dig att du släpper ett skott till en leksakspistol exakt samtidigt som en kompis skjuter ett likadant skott rakt åt sidan. Skotten kommer att landa på olika platser men de landar faktiskt samtidigt. De faller lika snabbt och det beror på att tyngdkraften påverkar skotten lika mycket även om det ena rör sig åt sidan. Rörelsen i sidled påverkar alltså inte rörelsen nedåt. Eftersom båda skotten är likadana har de samma tyngdkraft och samma luftmotstånd.
tyngdkraften är lika stor och påverkas inte av rörelsen i sidled.
Hastigheten ökar med 10 m/s varje sekund
Om du släpper en boll rakt ner från ett högt hus kommer bollen att falla långsamt från början och sedan accelerera och falla snabbare och snabbare. Eftersom
luftmotståndet är så litet och sträckan ganska kort så kommer tyngdkraften att vara mycket större än luftmotståndet under hela fallet. Därför kommer bollen
att accelerera och öka hastigheten tills den slår i marken.
att accelerera och öka hastigheten tills den slår i marken.
På bilden till vänster kan du se hur hastigheten ökar för varje sekund.
På bilden till vänster kan du se hur hastigheten ökar för varje sekund.
På jorden är gravitationen så stor att hastigheten
På jorden är gravitationen så stor att hastigheten
ökar med nästan 10 meter per sekund för varje sekund
ökar med nästan 10 meter per sekund för varje sekund m/s m/s
som bollen faller, alltså 10 m/s2. Lite mer exakt och med rätt enhet är det 9,8 m/s2, alltså samma som den tyngdacceleration som jordens gravitation skapar.
På bilden nedan tänker vi oss att en kanon skulle kunna skjuta iväg en kanonkula olika snabbt längs jordens yta.
om kanonen däremot skjuter i väg kanonkulan med rätt hastighet kommer den att hålla sig lika långt från jordens yta hela tiden. Då kommer den att kunna stanna i en bana runt jorden.
Rätt hastighet
om kanonen skjuter i väg kanonkulan med en för hög hastighet kommer inte gravitationen att kunna hålla kvar den lagom långt från jordens yta. kanonkulan kommer att röra sig längre och längre bort från jorden.
För låg hastighet
För hög hastighet
Om kanonen skjuter i väg kanonkulan med en viss hastighet längs jordens yta kommer föremålet att falla fritt runt jorden. Om kanonkulans hastighet inte bromsas upp kommer den bara att påverkas av tyngdkraften. Då gör jordens gravitation så att den fortsätter falla fritt runt jordklotet varv efter varv.
En satellit är ett föremål som rör sig så att den hela tiden faller fritt runt en planet och man säger att satelliten är i omloppsbana Konstgjorda satelliter skickas ut i rymden för att användas inom kommunikation eller övervakning. När man placerar satelliter i omloppsbana runt jorden använder man inte en kanon utan en raket. Raketen accelererar satelliten och när den nått, rätt höjd över jordens yta och tillräckligt hög hastighet, kan satelliten falla runt jordklotet. När hastigheten är perfekt rör sig satelliten åt sidan lagom mycket så att den inte rör sig närmare jordytan när gravitationen drar satelliten mot jordens mitt. Eftersom det inte finns någon luft i rymden och alltså inget luftmotstånd, kan satelliten behålla sin hastighet och fortsätta falla runt jorden, varv efter varv, år ut och år in.
om kanonen i stället skjuter i väg kanonkulan med en för låg hastighet kommer gravitationen att dra den närmare jordens yta tills den slår i marken.
Hur mycket ökar hastigheten per sekund när något faller fritt på jorden?
här har en raket precis skjutits upp. Raketen accelererar upp i rymden till rätt hastighet och svänger så att den rör sig längs jordens yta på rätt höjd.
Hastigheten som behövs är olika beroende på hur nära jorden som satelliten ska färdas. Till exempel har den internationella rymdstationen ISS hastigheten 28 000 km/h. Ju längre bort från jorden en satellit befinner sig desto lägre hastighet behövs för att den ska stanna i bana runt jorden. När satelliten har samma hastighet som jordens rotationshastighet kan en satellit ligga precis still över ett landområde. Då kan man använda satelliten för exempelvis kommunikation eller övervakning i ett visst land.
Det som håller kvar satelliter i en bana runt jorden är tyngdkraften som är riktad mot jordens centrum. Om du snurrar runt en vikt i ett snöre så liknar det satellitens rörelse runt en planet. I stället för tyngdkraften så är det en kraft i snöret som ändrar viktens rörelse så att den stannar kvar i banan runt dig. När ett föremål rör sig så här runt en punkt kallas det för en centralrörelse. Eftersom föremålet hela tiden ändrar riktning, accelererar, så är en centralrörelse en sorts acceleration. Om du snurrar vikten så känns det som om vikten vill fara rakt ut. Det beror på att du håller kvar vikten med en kraft i snöret som är riktad rakt in mot dig. Kraften som håller kvar föremål i en centralrörelse kallas centripetalkraft. En satellit får centripetalkraften från tyngdkraften och när du snurrar vikten är det snöret som ger centripetalkraften. Om du släpper snöret kan du se att vikten fortsätter rakt fram och inte rakt ut. Föremål som lämnar en centralrörelse fortsätter alltså i samma riktning som det hade precis när centripetalkraften som höll kvar föremålet försvann. Det visar vi i bilden överst till vänster.
En bil som kör i en kurva har också en centralrörelse. I stället för ett snöre eller tyngdkraft är det friktionen mellan däcken och vägen som ser till så att bilen håller sig kvar i kurvan och ger en centripetalkraft. Om det är halt och bilens däck tappar greppet, försvinner centripetalkraften och då kommer bilen att fortsätta rakt fram ut ur kurvan.
I ett experiment med fritt fall, som det med bollen som släpptes från huset, kan man samla in olika information om hastighet eller tid. Informationen kallas data och med den kan man göraberäkningar. I rutan kan du se hur du kan göra olika beräkningar med acceleration, maxhastighet, sträcka och tid.
En person släpper en kula från ett höghus och efter 5 s träffar kulan marken. Bortse från luftmotståndet när du gör dina beräkningar.
a) Vilken hastighet har kulan när den träffar marken, alltså maxhastigheten?
1. Du har värdet för tiden.
2. Du ska använda värdet för tyngdaccelerationen.
3. Använd formeln och beräkna maxhastigheten.
b) Vilken är kulans medelhastighet?
1. Du har beräknat värdet för maxhastigheten.
2. Använd formeln och beräkna medelhastigheten.
c) Från vilken höjd släpptes kulan?
1. Du har beräknat värdet för medelhastigheten.
2. Använd formeln för att beräkna sträckan.
Vid fritt fall är tyngdaccelerationen nästan 10 m/s2 på jorden. sträcka = medelhastighet · tid
Du kan tänka dig att medelhastigheten är halva maxhastigheten. Då får man formeln: medelhastighet = maxhastighet acceleration 2 tid
Beräkna så här: tid = 5 s acceleration = 10 m/s2 maxhastighet = acceleration · tid = 10 m/s2 · 5 s = 50 m/s
maxhastighet = 50 m/s medelhastighet = Maxhastighet = 50 m/s = 25 m/s
medelhastighet = 25 m/s sträcka = medelhastighet · tid = 25 m/s · 5 s = 125 m 2 2
Fyll i det som saknas. som håller kvar ett föremål i en centralrörelse kallas för . acceleration = maxhastighet maxhastighet = acceleration · tid tid = maxhastighet
Begrepp och fysikaliska samband
1. Vilket alternativ beskriver bäst hur gravitation fungerar?
A Gravitationen drar bara i föremål som faller.
B Gravitationen drar bara i föremål på jorden, inte på månen.
C Gravitationen drar föremål mot jordens mitt.
D Gravitationen drar tunga föremål mer så att de faller snabbare.
2. Varför är en stor sten svårare att lyfta än en fotboll? Svara på frågan genom att använda begreppen massa, gravitation och tyngdkraft.
b) Rita samma vagn men med backens lutning 45 grader, som i bilden nedan. Rita upp krafterna och mät i din bild hur stor kraften längs backen är.
3. Jämför din tyngd och massa på månen och jorden.
a) Förklara varför din tyngd är mindre på månen än på jorden.
b) Förklara varför din massa är lika stor på jorden som på månen.
4. Jorden påverkar vagnen med en tyngdkraft på 2,5 N.
a) Hur stor är kraften som är riktad framåt längs backen? Titta i bilden.
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration g = 10 N/kg
5. Ett föremål hänger i en dynamometer. Använd formeln och beräkna vilken tyngdkraft dynamometern visar om föremålet väger.
a) 1 kg
b) 2 kg
c) 400 g
6. Använd formeln och beräkna vad en dynamometer visar om du hänger upp en halvliter mjölk i den. (En liter mjölk har massan 1 kg).
7. En person väger 60 kg. Beräkna personens tyngdkraft på jorden.
8. Vilka två krafter påverkas ett föremål av om det faller genom atmosfären?
9. Vilket alternativ beskriver hur hastigheten ändras när något faller fritt i vakuum?
A föremålet faller snabbare tills det når en riktigt hög hastighet, då kan det inte gå snabbare.
Naturvetenskapliga argument och källor
14. en lärare ställer följande fråga till fyra elever:
Vad händer med raketens acceleration när den startar?
B föremålet faller med samma hastighet hela tiden.
C föremålet faller snabbare och snabbare så länge inget stoppar upp.
10. förklara vad som menas med att ett föremål som faller fritt accelererar med 10 m/s2.
Raketen accelererar snabbare eftersom den får en mindre massa.
acceleration = maxhastighet
maxhastighet = acceleration · tid tid = maxhastighet
medelhastighet = maxhastighet acceleration 2 tid
11. en person kastar en boll från ett torn. efter 4 s träffar bollen marken.
a) Vilken hastighet har bollen när den träffar marken, alltså maxhastigheten?
b) Vilken är bollens medelhastighet?
c) från vilken höjd släpptes bollen?
d) förklara varför beräkningen inte stämmer helt med verkligheten.
12. en person snurrar ett snöre med en boll.
a) Vad kallas kraften som håller kvar bollen i centralrörelsen?
b) Rita en bild och visa med en pil hur bollen rör sig när personen släpper snöret.
13. använd begreppen friktion och centripetalkraft och förklara varför man kan säga att det är en centralrörelse när en bil svänger i en kurva.
Raketen accelererar eftersom hastigheten ökar.
Rachel Tom Ranchida
Raketen accelererar eftersom gravitationen blir svagare.
Timothy
Raketen accelererar mer eftersom luftmotståndet minskar.
Vem av dem tycker du har ett korrekt naturvetenskapligt svar på frågan? Motivera.
kRaft och tRyck
I den här laborationen ska du genomföra tre stationer där du undersöker fritt fall, tyngdkraft och centralrörelse.
här ska du undersöka hur snabbt olika föremål med samma massa men olika storlek faller.
Frågeställning
4. Upprepa punkt 1–3 med de andra föremålen.
Resultat
Rita av tabellen och anteckna dina resultat.
Hypotes
hur påverkar föremålets storlek hur snabbt föremålet faller?
skriv en hypotes där du tar ställning till vilket föremål du tror kommer att falla snabbast. använd dina kunskaper om fritt fall och motivera ditt ställningstagande.
MATERIAL
Olika föremål, t ex stålkula, träkula, papperstuss och fågelfjäder Tidtagarur Eventuellt kamera
Föremål Falltid (s) Bedöm luftmotstånd (lite, mellan eller mycket)
Genomförande
Tolkning av resultat Jämför falltiden med ditt bedömda luftmotstånd. Vad ser du?
Diskussion
Diskussion av resultat
1. ställ dig på en bänk och släpp det första föremålet.
2. låt en kompis ta tid från det att du släpper föremålet tills det slår i marken. anteckna ditt resultat i tabellen.
3. Bedöm om föremålets form ger lite, mellan eller mycket luftmotstånd. anteckna din bedömning i tabellen.
1. Beskriv hur ditt resultat stämmer med din hypotes.
RöRelse, kRaft och tRyck
2. Jämför ditt resultat med andra i klassen, det som står i boken, dina kunskaper i fysik och förklara om ditt resultat stämmer.
3. Vad styr hur snabbt föremål faller till marken?
4. hur skulle de falla om det var lufttomt i rummet?
Diskussion av genomförande
1. Vad kan det finnas för felkällor i genomförandet?
2. hur kan felkällorna ha påverkat resultatet?
3. skriv ett nytt genomförande där du undviker felkällorna.
här ska du undersöka hur stor tyngdkraften är på föremål med olika massa och försöka hitta sambandet mellan tyngdkraft och massa.
MATERIAL
Dynamometer
Våg
Olika tunga föremål
här ska du undersöka hur ett föremål rör sig när det lämnar en centralrörelse. I denna undersökning handlar det om glödande metallbitar som lämnar ett tomtebloss när det snurras.
Genomförande
1. häng det första föremålet i dynamometern och läs av kraften. anteckna ditt resultat i tabellen.
MATERIAL
Tomtebloss
Kartongbit med hål eller en borrmaskin
Risker
2. Väg samma föremål med vågen och läs av massan. anteckna ditt resultat i tabellen.
3. Upprepa punkt 1 och 2 med de andra föremålen.
Resultat
Rita av tabellen och anteckna resultatet från dina mätningar i tabellen.
Föremål Kraft (N) Massa (g)
Tolkning av resultat
1. Dividera värdet för massan med motsvarande värde för kraften.
2. Vad blir de olika kvoterna?
3. Beskriv sambandet mellan massan i kilogram och tyngdkraften Newton?
Det finns risk för att du bränner dig på tomteblosset.
Det finns risk för att något fattar eld om det kommer i kontakt med det glödande tomteblosset.
Genomförande
ta det försiktigt med den del som glöder och låt tomteblosset svalna innan du lägger det ifrån dig när det brunnit ut.
1. stick tomteblossets metallände genom kartongbiten.
2. Böj upp änden man tänder och böj den andra änden till en vev. alternativt kan du fästa tomteblosset i borrmaskinen, böja upp det och låta maskinen snurra runt det.
3. tänd tomteblosset och veva.
Resultat
4. observera hur gnistorna rör sig när tomteblosset snurrar runt.
Beskriv vad som händer med gnistorna när du snurrar runt tomteblosset. Rita gärna en bild.
I det här avsnittet får du läsa om:
• Vad friktion är
• Hur friktion kan göra trafiken säkrare
• Hur kullager kan minska friktionen
• Hur tröghet får en massa att fortsätta en rörelse
• Hur tyngdpunkt och stödyta påverkar hur stabila föremål är
• Hur en hävstång fungerar
Friktion
Kullager
Tröghet
Tyngdpunkt
Stödyta
Lodlinje
Hävstång
Vridmoment
Newtonmeter
Det finns många olika situationer där krafter gör det besvärligt för oss. Men i de flesta situationer finns det också lösningar som gör krafterna mindre besvärliga. om du exempelvis ska dra en pulka på vintern är det lättare att välja en väg som är täckt med snö där friktionen är låg. Med kunskaper om fysik kan olika situationer i vardagen blir mindre besvärliga.
Om du drar en låda på ett golv är det lättare om golvet är slätt än om golvet är skrovligt. Du kan tänka dig att små ojämnheter i det skrovliga golvet hakar i små ojämnheter i lådan. En kraft som håller emot när två ytor glider mot varandra kallas för friktion. Friktionskraften är riktad mot dragkraften som drar i lådan och därför är den en motkraft till dragkraften. Om du börjar dra en låda på ett golv måste dragkraften vara större än friktionskraften för att lådan ska börja röra sig. Friktion finns
kRaft och
mellan alla ytor som glider mot varandra och hur stor den blir beror på hur ojämna ytorna är. Så här kan friktionen fungera om du börjar dra en låda på olika golv:
Det är hög friktion mellan lådan och ett skrovligt golv. Du behöver använda en större dragkraft för att dra loss lådan.
Det är låg friktion mellan lådan och ett slätt golv. Du behöver inte använda så stor kraft.
Däck glider utan tillräcklig friktion
Om du cyklar och trampar på pedalerna trycker däcket bakåt mot marken. Samtidigt skapar friktionen mot marken en motkraft som trycker cykeln framåt. Om det är lite friktion blir motkraften mindre och då kan inte marken hålla emot lika bra. Det kan du märka om du cyklar på is. Då kan det vara svårt att komma i gång eftersom friktionen mot isen är låg. Motkraften blir mindre och hjulet spinner loss i stället för att trycka dig framåt.
om du trampar i väg på en cykel så trycker däcket bakåt mot marken och marken trycker tillbaka med en lika stor motkraft.
Nämn ett tillfälle när friktionen är bra att ha.
Vinterdäcket har dubb och mönster som ökar friktionen mot snö och is. sommardäcket har ett mönster som gör så att det rullar lättare och får bra grepp på asfalt.
RöRelse, kRaft och tRyck
Friktionen mellan däcket och vägen behövs inte bara för att du ska kunna accelerera utan också för att svänga eller stanna. Gummit i däcken glider inte så lätt mot asfalt eftersom friktionskraften är stor. Om du cyklar på is och försöker svänga eller bromsa kan du känna att friktionskraften mellan gummit i däcken och isen är låg, det blir slirigt.
På vintern kan man motverka att det blir halt med dubbdäck eller sand som ökar friktionskraften mellan underlaget och däcken.
Då kan fordon lättare svänga och stanna, risken för olyckor minskar och trafiken blir säkrare. När ett fordon ska bromsa eller svänga fungerar friktionskrafterna så här på olika underlag:
om friktionskraften
mellan däcken och vägen är låg vid en inbromsning kommer fordonet att röra sig längre innan det stannar.
om friktionskraften däremot är större kommer fordonet att röra sig kortare innan det stannar.
om friktionskraften mellan däcken och vägen är låg i en kurva kommer fordonet att åka rakt fram ut ur kurvan.
om friktionskraften däremot är större kommer fordonet att kunna följa vägen genom kurvan.
Om du åker skidor vill du antagligen ha bra glid och med valla kan du minska friktionen så att skidorna glider lätt. Olja eller fett kan användas för att minska friktionen när delar i en maskin glider mot varandra. Valla, fett och olja fyller ut mikroskopiska ojämnheter i ytorna så att de glider lättare mot varandra. Samtidigt gör valla, fett och olja så att delarna som glider ligger en liten bit ifrån varandra och då blir friktionen ännu mindre. I fordon måste alla delar som snurrar runt kunna röra sig lätt och då använder man ofta kullager. Ett kullager har ett antal stålkulor mellan två metallringar och fungerar så här:
1. Den ena metallringen sitter fast i fordonet.
2. Den andra metallringen sitter fast i delen som ska kunna snurra.
3. När delen snurrar, rullar kulorna mot metallringarna och då blir det låg friktion.
Tack vare kullagret blev apparater och fordon mycket mer effektiva under 1900-talet och i dag finns kullager i de flesta tekniska lösningar med rörliga delar. Metallringarna i lagret är som två ytor som glider mot varandra precis som om du drar en låda längs golvet. Mellan lådan och golvet skulle man också kunna använda olja eller vatten för att minska friktionen. Om du åker en vattenrutschbana är friktionen låg tack vare vattnet.
kulorna i kullagret rullar mellan de två metallringarna och då blir friktionen väldigt låg. lite fett gör så att kullagret fungerar ännu bättre.
Vattnet i en vattenrutschbana minskar friktionen så att du glider lätt.
Ge två exempel på hur man kan minska friktionen.
en airbag fungerar bäst tillsammans med ett säkerhetsbälte.
fortsätter röra sig
Tänk dig att du står i en buss som kör framåt. Om bussen bromsar in måste du använda en kraft för att hålla i dig så att du inte ramlar.
Anledningen till att du måste hålla i dig är att din massa gör att du fortsätter röra dig på samma sätt som bussen gjorde innan den bromsade och påverkade dig med en kraft.
Att föremål fortsätter röra sig på samma sätt tills det påverkas av en kraft kallas i fysiken för tröghet. Om det i stället är en tung vuxen som står i bussen måste den använda en större kraft för att inte
ramla. Den större massan skapar en större tröghet.
Ett annat exempel på tröghet känner du när du sitter ner i en buss. När bussen accelererar tryckts du bakåt mot ryggstödet.
Tröghet är alltså en massas motstånd mot att accelerera, alltså ändra sin hastighet eller riktning.
Den vuxna kommer även tryckas med en större kraft mot ryggstödet om bussen accelererar.
Det är alltså tröghet som är orsaken till att du måste ha säkerhetsbälte på dig när du åker bil. Om bilen bromsar in kraftigt kommer trögheten göra att du fortsätter rakt fram. Säkerhetsbältet fångar upp dig med en kraft så att du stannar tillsammans med bilen. En airbag som löser ut fångar också upp dig men den fungerar bäst tillsammans med säkerhetsbälte.
Personen på bilden balanserar ett fiskespö på sitt finger. Den vänstra delen sticker längre ut från fingret eftersom den högra delen är tjockare. När man balanserar ett föremål så här, har man hittat föremålets tyngdpunkt och i bilden finns den någonstans över fingret. Tyngdpunkten är en punkt som man kan tänka sig att all massa är jämnt fördelad runt. Bilden till höger visar hur du kan hitta tyngdpunkten i en bit kartong:
1. Börja med att sticka spetsen på en penna ungefär i mitten av kartongbiten. Låt kartongbiten vrida sig av sig själv.
2. Om du har satt pennan snett så kommer kartongen att vrida sig till ett läge där det mesta av kartongbiten hamnar nedåt.
3. Sätt pennan lite längre ner.
4. Låt kartongbiten snurra igen och flytta pennan en aning nedåt.
5. Upprepa tills kartongbiten inte vrider sig längre.
6. När kartongbiten inte vill snurra vidare har du hittat kartongbitens tyngdpunkt.
Om du ska stå stadigt är det bra att stå bredbent, då får du en större stödyta. Stödytan är den yta som ett föremål vilar på mot underlaget. Bilderna visar hur bokens läge påverkar storleken på stödytan och alltså hur stadigt boken står:
Boken står upprätt, stödytan blir mindre. tyngdpunkten ligger högre. Med liten stödyta blir boken lätt att välta.
tyngdpunkten är i mitten av boken. tyngdkraften utgår från tyngdpunkten. stödytan är under boken. Med stor stödyta ligger boken stadigt.
om du står bredbent får du en stor stödyta och står stadigare.
Fyll i det som saknas. gör att föremål fortsätter sig på samma sätt som innan.
är en punkt som du kan tänka dig att all är jämnt fördelad runt.
För att ett föremål ska välta måste det luta så mycket att tyngdpunkten hamnar utanför stödytan. Du kan tänka dig en linje rakt ner från tyngdpunkten. Det kallas för en lodlinje. När lodlinjen hamnar utanför kanten på stödytan välter föremålet. När stödytan är stor och tyngdpunkten låg måste föremålet luta mer för att kunna välta. Därför har fordon sina tyngsta delar, som motor och batteri, längst ner närmast marken.
På sjukhus brukar handtagen på vattenkranarna vara extra långa. Då blir det nämligen lättare att lyfta och vrida handtaget för en person som inte är så stark. I fysiken kallas handtaget för en hävstång eller hävarm och ju längre hävstången är desto mindre kraft behövs för att vrida handtaget.
Om du ska lossa en mutter kan du använda en skiftnyckel. Om muttern sitter riktigt hårt kan du använda en skiftnyckel med längre handtag. Skiftnyckelns handtag är en hävstång och med en längre hävstång kan du lossa en mutter som sitter hårt utan att använda en större kraft. När du använder en kraft med en längre hävstång säger man i fysiken att du får ett större vridmoment.
Du kan beräkna vridmomentet genom att multiplicera kraften som du använder i enheten Newton med hävstångens längd i enheten meter. Enheten för vridmoment är newtonmeter, Nm. Så här kan du göra beräkningar med vridmoment:
vridmoment = kraft · längd kraft = vridmoment
längd = vridmoment
Med en skiftnyckel som är 20 cm lång kan du lossa en mutter med kraften 100 N. Hur stor kraft behöver du för att lossa samma mutter med en skiftnyckel som istället är 50 cm lång?
1. Du har värdet för längden.
2. Skriv längden i enheten meter.
3. Använd formeln och beräkna vridmomentet för den korta skiftnyckeln.
Vridmomentet som behövs för att lossa muttern är 20 Nm. Nu kan du beräkna kraften som du behöver för att lossa muttern med skiftnyckeln som är 50 cm lång.
1. Du har värdet för längden.
2. Skriv längden i enheten meter.
3. Använd formeln och beräkna kraften.
längd kraft längd
Beräkna så här: längd = 20 cm längd = 20 cm = 0,2 m vridmoment = kraft · längd = 100 N · 0,2 m = 20 Nm
längd = 50 cm
längd = 50 cm = 0,5 m kraft = vridmoment = 20 Nm = 40 N
0,5 m
Svar: Du behöver bara använda kraften 40 N om du använder en skiftnyckel som är 50 cm lång.
En gungbräda är som två hävstänger
Om du har provat en gungbräda så kanske du har märkt vad som händer om du gungar tillsammans med en lättare eller en tyngre person. Den lättaste personen måste sitta längre ut på brädan än den tyngre för att gungbrädan ska vara i balans. Om den tyngre personen väger dubbelt så mycket, måste den lätta personen sitta dubbelt så långt ut för att det ska vara balans.
Vilket alternativ är rätt?
A Ett långt handtag gör att kraften som behövs för att vrida en mutter är större.
B Ett kort handtag gör att kraften som behövs för att vrida en mutter är större.
kRaft och tRyck
Gungbrädan blir som två hävstänger som sitter ihop och för att gungbrädan ska vara i balans måste vridmomentet vara lika stort på båda sidor om vridpunkten. Den lätta personen trycker ner gungan med en mindre kraft. Då måste den personen sitta längre ut så att hävstången blir längre och vridmomentet blir lika stort på båda sidor om gungbrädan. Du kan beräkna vridmomentet för att avgöra hur långt ifrån vridpunkten olika personer ska sitta för att gungbrädan ska vara i balans.
vridmoment = kraft · längd kraft = vridmoment
längd = vridmoment längd kraft
Den större personen i bilden väger 60 kg och sitter 1,5 m från vridpunkten. Den mindre personen väger 30 kg och sitter 3 m från vridpunkten. Visa med beräkningar av vridmoment att det är balans när de gungar.
Vridmomentet för den större personen:
1. Du har fått värdet för massan.
2. Beräkna tyngdkraften.
3. Du har fått värdet för längden.
4. Använd formeln och beräkna den större personens vridmoment.
Beräkna så här: massa = 60 kg tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration = 60 kg ∙ 10 N/kg = 600 N längd = 1,5 m vridmoment = kraft · längd = 600 N ∙ 1,5 m = 900 Nm 30 kg
Vridmomentet för den mindre personen:
1. Du har fått värdet för massan.
2. Beräkna tyngdkraften.
3. Du har fått värdet för längden.
4. Använd formeln och beräkna den mindre personens vridmoment.
Beräkna så här:
massa = 30 kg
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration = 30 kg ∙ 10 N/kg = 300 N
längd = 3 m
vridmoment = kraft · längd = 300 N ∙ 3 m = 900 Nm
Svar: Båda personerna skapar ett lika stort vridmoment på 900 Nm och därför är det balans när de gungar.
En mamma gungar med sitt barn. Mamman väger 80 kg och barnet väger 20 kg. Barnet sitter 4 meter från vridpunkten. Hur långt ifrån vridpunkten ska mamman sitta för att det ska vara balans?
1. Du har fått värdet för barnets massa.
2. Beräkna tyngdkraften.
3. Använd formeln och beräkna barnets vridmoment.
4. Du har fått värdet för mammans massa.
5. Beräkna tyngdkraften.
6. Använd formeln och beräkna längden på mammans hävstång.
Beräkna så här:
massa = 20 kg
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration = 20 kg ∙ 10 N/kg = 200 N
vridmoment = kraft · längd = 200 N ∙ 4 m = 800 Nm
massa = 80 kg
tyngdkraft = massa ∙ tyngdacceleration = 80 kg ∙ 10 N/kg = 800 N
längd = vridmoment = 800 Nm = 1 m
kraft 800 N
Svar: Mamman ska sitta 1 meter från vridpunkten.
kRaft och tRyck
Begrepp och fysikaliska samband
1. I vilken eller vilka av situationerna
A–D vill man ha låg friktion?
A När man åker skridskor.
B När man bromsar med cykeln.
C När man drar en låda på golvet.
D När man startar i en löptävling.
2. Använd begreppet friktion och motkraft och förklara varför dubbdäck gör det säkrare att köra bil på vintern.
3. När det regnar samlas mycket vatten på vägbanan och då kan en bil få vattenplaning. Vid vattenplaning bildas ett lager vatten mellan vägbanan och däcken och då går det inte att styra bilen längre.
Förklara varför vattenplaningen gör att bilen inte går att bromsa.
4. Om du åker tunnelbana far du ibland framåt, ibland åt sidan och ibland bakåt. Använd begreppet tröghet och förklara varför det blir så.
5. Melissa sitter i ett flygplan som ska starta. När flygplanet accelererar på startbanan upplever Melissa att hon trycks bakåt mot ryggstödet. När flygplanet flugit en stund upplever hon inte att hon trycks bakåt längre.
Förklara varför Melissa upplever att hon trycks bakåt mot ryggstödet när flygplanet accelererar vid starten men inte när flygplanet flugit en stund.
6. finns
Ungefär var finns pekpinnens tyngdpunkt? Motivera.
Använd begreppen luftmotstånd, stödyta och tyngdpunkt och förklara varför sportbilar är låga och breda.
8. Andrea ska lossa en mutter med en skiftnyckel. Hon vill använda så liten kraft som möjligt och provar att hålla på 3 olika ställen, A, B och C.
a) Var på skiftnyckeln ska hon hålla för att använda en så liten kraft som möjligt, A, B eller C?
7. stödyta och A B C 5 cm 10 cm 15 cm
b) Omvandla sträckorna till meter och beräkna vridmomentet när hon håller på de tre olika ställena och drar med kraften 50 N?
vridmoment = kraft · längd kraft = vridmoment
längd = vridmoment längd kraft
a) till vänster.
b) till höger.
9. två personer sitter på en gungbräda. använd formeln och beräkna vridmomentet för personen
11. hur mycket väger barnet?
12. franka ska gunga på en gungbräda med aguilar och elisabeta. aguilar sitter 2 m från vridpunkten och elisabeta sitter 4 m från vridpunkten. hur långt från vridpunkten ska franka sätta sig för att gungbrädan ska vara i balans? Motivera.
elisabeta aguilar franka Vridpunkt
10. två personer sitter på en gungbräda. använd formeln och beräkna vridmomentet för personen
a) till vänster.
b) Vilket vridmoment ska personen till höger ha för att gungbrädan ska vara i balans?
c) Beräkna längden x på hävstången till höger.
Naturvetenskapliga argument och källor
13. Det är lag på att man ska ha säkerhetsbälte när man åker bil och buss. använd begreppet tröghet och argumentera för lagen.
14. Mellan 1 december och 31 mars är det lag på att använda vinterdäck på motorfordon om det är vinterväglag. använd begreppet friktion och argumentera för lagen.
I det här avsnittet
får du läsa om:
• Att tryck är när en kraft fördelar sig på en yta
• Hur tryck kan vara både bra och dåligt
• Hur tryck används i hydraulik och pneumatik
• Att tryckskillnad gör så att föremål kan flyta
• Hur du kan beräkna trycket
Tryck
Domkraft
Hydraulik
Kolv
Pneumatik
om du går i djup lössnö blir det ganska snabbt jobbigt. om du har skidor på fötterna blir det lättare. Det beror på att du inte sjunker lika djupt ner med skidor på. hur djupt du sjunker ner i snön handlar om att trycket är olika med eller utan skidor.
Med skidor på sjunker du inte ner lika djupt i lössnö som om du har skor eftersom skidorna ger ett lägre tryck. Storleken på tryck beror på hur stor yta en kraft sprids ut på. När du har skidor är din tyngdkraft fördelad på en större yta än när du har skor på dig. Det lägre trycket gör alltså att du inte sjunker lika djupt i snön med skidor som med skor.
Du kan visa olika tryck om du lägger två likadana tegelstenar på olika sätt på en tvättsvamp enligt bilderna nedan. Den ena tegelstenen ska stå upp och den andra ska ligga ner. Tegelstenarna har samma massa hur de än är placerade, men tegelstenen som står upp trycker ihop tvättsvampen mer. Det beror på att trycket är högre eftersom ytan mot tvättsvampen är mindre.
Du kan beräkna hur stort trycket är genom att dividera kraften i enheten newton med hur stor area som kraften fördelas på. Oftast använder man enheten kvadratcentimeter, cm2 för arean. Enheten för tryck är newton per kvadratcentimeter, N/cm
tryck = kraft
area
Hur stort är trycket om tegelstenen
a) ligger platt ner?
b) ligger på sidan?
1. Du har fått värdet för tegelstenens massa.
2. Beräkna tyngdkraften.
a)
3. Beräkna arean för stenen som ligger platt.
4. Använd formeln och beräkna trycket.
b)
5. Beräkna arean för stenen som står upp.
6. Använd formeln och beräkna trycket.
Högt tryck kan vara dåligt
Beräkna så här: massa = 3 kg
tyngdkraft = massa ∙ g = 3 kg ∙ 10 N/kg = 30 N
area = 15 cm · 20 cm = 300 cm2
tryck = kraft = 30 N = 0,1 N/cm2
area = 5 cm · 15 cm = 75 cm2
tryck = kraft = 30 N = 0,4 N/cm2 area 300 cm2 area 75 cm2 5 cm 20 cm 15 cm 3 kg
Svar: a) Trycket är 0,1 N/cm2. b) Svar: Trycket är 0,4 N/cm2.
Att gå på tunn is kan vara farligt och om någon gått genom isen är det riskabelt att försöka rädda personen. Då kan man använda en livräddningsflotte. Flotten har en stor yta mot isen och fördelar kraften över en större yta, så att trycket mot isen blir lägre. När trycket blir lägre så kan den tunna isen hålla.
livräddningsflotten har en stor yta mot isen. Då fördelas kraften på en större yta och trycket mot isen blir lägre.
Varför är det bättre att krypa än att gå upprätt om du ska ta dig ut på isen och rädda en person i en vak?
skridskorna är slipade så att skenornas kanter blir vassa. Då blir trycket högre och skridskorna får bättre grepp.
Högt tryck kan vara bra
På tunn is vill man att trycket ska vara lågt men ibland vill man ha ett högt tryck. Om du åker skridskor vill du ha bra grepp mot isen och då behöver du slipade skenor på dina skridskor. Slipningen gör att skenans kant blir vass och då kommer kraften att samlas på en liten yta. Då blir trycket högre, skenorna trycks ner lite i isen och skridskorna får bättre grepp när du trycker ifrån eller svänger.
Om du ska byta hjul på en bil måste bilens ena hörn lyftas upp. Då kan du använda en domkraft. Många domkrafter fungerar med hjälp av hydraulik där tryck från olja används för att lyfta upp bilen. För att en person ska kunna lyfta bilen utnyttjar domkraften att trycket blir olika stort när en kraft trycker mot olika stora ytor. I domkraften består ytorna av cylindrar, kolvar, med olika stora ytor och det fungerar så här:
Den stora kolven pressas uppåt.
När trycket pressar mot en stor yta blir kraften större.
oljan trycks genom ett rör till en stor kolv med stor yta.
kRaft och tRyck
Du trycker ner handtaget med en kraft som pressar ner en liten kolv i en cylinder med olja
eftersom kraften trycker mot en liten yta blir trycket högt mot oljan.
I en domkraft är det olja som trycker men det finns även teknik där det är luft som trycker och då kallas det pneumatik. Du kan beräkna hur mycket större kraften blir på den stora kolven. Då måste du veta hur stor kraften som pressar är samt arean på den stora och den lilla kolven. Så här gör du beräkningarna:
tryck = kraft
I en domkraft har den lilla kolvens yta arean 2 cm2 och den stora 50 cm2. Med hur stor kraft lyfter domkraften om du pressar på den lilla kolven med 150 N?
1. Du har fått värdet för den lilla arean.
2. Du har fått värdet för kraften.
3. Använd formeln och beräkna trycket mot den lilla kolven.
4. Trycket blir samma mot den stora kolven. Använd formeln och beräkna kraften från den stora kolven.
Beräkna så här: area = 2 cm2
kraft = 150 N
kraft = tryck · area
area = kraft area tryck
tryck = kraft = 150 N = 75 N/cm2
Svar: Domkraften lyfter alltså 3 750 N som motsvarar ungefär 375 kg. area 2 cm2
kraft = tryck · area = 75 N/cm2 · 50 cm2 = 3 750 N
Om du försöker lyfta ett föremål i vatten känns det lättare än om du försöker lyfta det på land. Man brukar säga att vatten har en lyftkraft. Som du tidigare har läst gör vattnet ovanför så att trycket blir större ju längre ner under vattenytan man kommer. Det är skillnad i tryck beroende på hur djupt ner man är. Det är den här tryckskillnaden som ger lyftkraft till ett föremål under vattnet.
Tänk dig en sten som ligger i vatten, enligt bilden till höger. Eftersom trycket är högre längre ner blir trycket lite högre under stenen än precis ovanför stenen. Det lite större trycket under stenen är det som ger stenen lite lyftkraft. Det sägs att den grekiska vetenskapsmannen Arkimedes kom på hur det fungerar när han låg i badkaret. Han såg hur vattnet steg när han la sig i det och samtidigt kände han sig lättare i vattnet, som om vattnet lyfte upp honom.
Om du ligger i badet är det är faktiskt så att tyngdkraften från vattnet som du trycker undan är lika stor som den kraft som lyfter upp dig. Om du till exempel lägger dig i ett badkar och trycker bort 50 l vatten så kan du beräkna lyftkraften så här:
1. Du har fått vattnets volym.
2. Vattnets densitet är 1 kg /l.
Omvandla vattens volym till massa.
3. Beräkna vattnets tyngdkraft.
Beräkna så här:
50 l
50 l = 50 kg tyngdkraft = massa · tyngdacceleration = 50 kg · 10 N/kg = 500 N
Svar: Vattnets lyftkraft är 500 N.
Ett av världens största fartyg väger 200 000 000 kg, är 400 m långt, 59 m brett och går 14,5 m djupt. Eftersom fartyget flyter pressar det undan ungefär 200 000 000 l vatten som väger 200 000 000 kg och då blir lyftkraften så stor så att fartyget flyter.
När en person ligger i ett badkar är lyftkraften lika stor som ?
containerfartyget ever Given är ett av världens största fartyg.
Begrepp och fysikaliska samband
1. Vilket alternativ a–D förklarar bäst varför tegelstenen trycks ner mer i svampen på bild 1 än på bild 2?
5. en stenstaty väger 1,2 ton och ytan den står på är 1 500 cm2. Beräkna trycket mot underlaget.
6. en container väger 5 000 kg och är 10 m lång och 2 m bred. Beräkna trycket mot underlaget.
en kantsten väger 20 kg och trycket mot underlaget är 0,5 N/cm2. använd formeln för area och beräkna ytan som den ligger på.
A tegelstenen har blivit lättare i bild 2. B svampen är mindre tålig i bild 1.
C trycket är lägre i bild 1. D trycket är lägre i bild 2.
2. om du kliver ner i ett badkar så stiger vattennivån i badkaret och du blir samtidigt lättare. använd begreppet kraft och tyngdkraft och förklara varför du blir lättare i vatten.
tryck = kraft
area = kraft area tryck
kraft = tryck · area
3. en gatsten väger 5 kg och ytan den ligger på är 200 cm2. använd formeln för tryck och beräkna trycket mot underlaget.
4. en annan gatsten väger 9 kg och ytan den ligger på är 200 cm2. Beräkna trycket mot underlaget.
8. en metallkloss ligger på ett bord. arean mot bordet är 40 cm2 och trycket mot bordet är 0,2 N/cm2. Beräkna klossens massa.
9. När man kör maskiner i skogen vill man att trycket mot marken ska vara lågt. Då skadas inte organismerna där lika mycket.
a) använd dina kunskaper om tryck och förklara varför trycket mot marken blir lägre om skogsmaskinen har stora hjul.
b) hur stort blir trycket från en skogsmaskin om den väger 10 ton och ytan mot marken är 40 000 cm2?
10. I en domkraft har den lilla kolven arean 4 cm2 och den stora 100 cm2. Du pressar på handtaget med kraften 100 N.
a) Beräkna trycket mot oljan från den lilla kolven?
b) hur stort blir trycket mot den stora kolven?
c) Beräkna hur stor lyftkraft domkraften ger.
Naturvetenskapliga argument och källor
11. en lärare ställer följande fråga till fyra
elever: Vad visar en vanlig personvåg om jag står med ett ben jämfört med om jag står med två ben på den?
ATrycket blir
större och vågen kommer att visa mer än du väger.
BOm du ställer dig på två vågar visar de mindre eftersom trycket fördelas på två vågar.
CVågen kommer att visa mindre eftersom din massa delvis kommer utanför vågen.
Vågen visar lika mycket eftersom din massa inte ändras.
A trycket på tröjan är snyggt.
RöRelse, kRaft och tRyck
12. I påståendena a–c nedan används begreppet tryck på olika sätt.
B När jag står på tå blir trycket större.
C I valtider är trycket på partiledarna större.
a) I vilket av alternativen a–c används tryck på ett fysikaliskt sätt?
Systematiska undersökningar
b) förklara varför tryck inte används korrekt fysikaliskt i de andra påståendena.
13. en elev undersöker trycket genom att placera en bok åt olika håll på en bit skumgummi och mäter hur långt ner den sjunker. eleven sammanfattar resultatet så här i en tabell:
Försök Hur långt ner boken sjunker
1
2
Boken sjunker ner 1 cm
Boken sjunker ner 3 cm
Vem av dem har ett korrekt naturvetenskapligt svar på frågan? Motivera.
b) I vilket försök var trycket från boken störst?
a) hur tror du boken var placerad i försök 1 jämfört med försök 2?
Hypotes
I den här laborationen ska du undersöka hur friktionen påverkas av massans storlek. Du ska ändra massan genom att lägga olika vikter i en låda och sedan undersöka hur friktionskraften ändras med en dynamometer.
Resultat
skapa en tabell där tabellhuvudet innehåller rubrikerna massa och kraft.
Diskussion
Diskussion av resultat
skriv en hypotes om hur friktionen påverkas av hur stor massa ett föremål har. Motivera din hypotes med dina kunskaper om kraft, friktion och tryck.
MATERIAL
Låda med krok
Olika vikter
Dynamometer
Genomförande
1. skriv ett genomförande där du steg för steg beskriver hur en undersökning ska genomföras för att få ett resultat som du kan lita på, så att du kan avgöra om din hypotes stämmer.
2. Genomför din undersökning.
1. Beskriv hur ditt resultat stämmer med din hypotes.
2. Jämför ditt resultat med andra i klassen, det som står i boken, dina kunskaper i No och förklara om ditt resultat stämmer.
Diskussion av genomförande
1. Vad kan det finnas för felkällor i ditt genomförande?
2. hur kan felkällorna ha påverkat resultatet?
Stella Fysik 7–9 är ett läromedel som hjälper eleven att utveckla sina kunskaper om fysikens begrepp och sin förmåga att granska, kommunicera och ta ställning. Läromedlet stöttar även eleven i att genomföra systematiska undersökningar.
Läromedlet har en struktur som är lätt att förstå och där ordningen på de sex kapitlen är tänkta som en arbetsgång från åk 7 till åk 9.
Varje kapitel är uppdelat i avsnitt där varje avsnitt motsvarar ungefär en veckas arbete. Avsnitten börjar med lärandemål och begrepp och avslutas med olika typer av uppgifter.
Stella Fysik stödjer ett språkutvecklande arbetssätt där alla rubriker förklarar innehållet i efterföljande stycke, ämnesspecifika ord förklaras löpande i brödtexten och på varje uppslag finns instuderingsfrågor för att hjälpa eleverna att läsa texten.
Varje kapitel innehåller några större praktiska undersökningar där eleverna ställer hypoteser som de sedan besvarar genom att planera, genomföra och utvärdera.
