9789144094786

Göran Grimvall

Teknikens metoder Skolans teknikämne i senare skolår

| Teknikens metoder

Göran Grimvall blev civilingenjör i teknisk fysik 1963 och teknologie doktor 1969 vid Chalmers tekniska högskola. 1977 utnämndes han till professor i teoretisk fysik, särskilt materialteori, vid KTH och har där varit bl.a. dekanus och programansvarig för teknisk fysik. Göran Grimvall har ett omfattande vetenskapligt och pedagogiskt författarskap inom olika ingenjörsdiscipliner och är ledamot av Ingenjörsvetenskapsakademien, där han särskilt har engagerat sig i skolprojektet NTA (Naturvetenskap och teknik för alla).

Teknikens metoder

Skolans teknikämne i senare skolår Syftet med skolans teknikämne går mycket längre än att förstå hur tekniska konstruktioner fungerar rent praktiskt. I denna bok presenteras studiet av specifika tekniska lösningar utifrån läro­ planens mål om generella förmågor. Läroplanen preciserar det så att eleverna skall utveckla förmågan att identifiera och analysera tekniska lösningar utifrån ändamålsenlighet och funktion, värdera konsekvenser av olika teknikval och analysera drivkrafter bakom teknikutvecklingen.

Författaren ger exempel på tekniska lösningar som eleverna känner igen från sin vardag – internet, bilsäkerhet, gränsvärden – och uppmuntrar till såväl kreativitet som kritiskt reflekterande. Teknikens metoder är en direkt fortsättning på boken Teknikens väsen och riktar sig till de senare skolårens teknikundervisning.

Bokens målgrupp är blivande och verksamma lärare, men genom sina många exempel på teknik i vardagen blir den intressant för alla som vill kunna orientera sig i en teknikintensiv värld.

Art.nr 38205

Göran Grimvall www.studentlitteratur.se

978-91-44-09478-6_01_cover.indd 1

2014-08-15 14:29

Kopieringsförbud 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 eller Bonus Copyright Access.

Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare.

Studentlitteratur har både digital och traditionell bok­utgivning. Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 38205 ISBN 978-91-44-09478-6 Upplaga 1:1 © Författaren och Studentlitteratur 2014 www.studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Omslagslayout: Francisco Ortega Omslagsbild: M.C. Eschers ”Waterfall” © 2014 The M.C. Escher Company – The Netherlands. All rights reserved. www.mcescher.com Printed by Pozkal, Poland 2014

978-91-44-09478-6_book.indd 2

2014-08-21 14.22

3

INNEHÅLL

Förord 9 K apitel 1

En teknikintensiv värld 11

Flera motsatta tendenser 11 Språkets roll 12 Teknikens fördelar och nackdelar 13 Snabba teknikskiften 16 Myter möter verkligheten 18 Teknik som yrke 21 K apitel 2

Tekniska lösningar – enkla och smarta 23

Det var väl inget märkvärdigt? 23 När det slutade klämta var det fara å färde 24 Minska antalet detaljer i sortimentet 25 Droppnäsor och dörrlås 26 Självcentrerande järnvägshjul 28 Gör tvärtom när du slår numret 28 K apitel 3

Tekniska lösningar – gradvis förbättrade 31

Produktutveckling 31 Hårkammar 33 Obehöriga äga ej tillträde 35 Lås med nycklar 35 Lås utan nycklar 36 Behövs det lås? 37 Varje år en ny bilmodell 37 Bekvämlighet 38 Säkerhet 39 Miljöpåverkan 41 © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 3

2014-08-21 14.22

4

Innehåll

K apitel 4

Tekniska lösningar för oväntade behov 43

Vad skulle man kunna ha grafen till? 43 Laser 44 Streckkoder 45 Gps 48 Internet 50 K apitel 5

Material och konstruktioner 53

Traditionella material under ständig utveckling 53 Järn och stål 53 Cement och betong 54 Materialvetenskap 55 Hållfasta konstruktioner 55 Elastiskt, plastiskt, sprött, mjukt och hårt 57 Stabilt – men ändå eftergivligt 58 Nya material i nya byggnadsverk 59 Broar och valv 61 K apitel 6

Energikällor 65

Viktiga energibegrepp 65 Solen är källan till nästan all energi 67 Sol, vind och vatten 68 Biobränslen 70 Övriga energikällor 71 Värmepumpar 72 Sveriges energikällor 72 Omfattning och utbyggnadspotential 72 Tillgänglighet 74 Verkningsgrad 75 Perpetuum mobile 77 K apitel 7

Energi och maskiner 79

En maskin uträttar arbete 79 Människan betraktad som en maskin 81 Energitäthet 83 Elefanter och näbbmöss 85 Värmeväxlare 87

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 4

2014-08-21 14.22

Innehåll

K apitel 8

5

Energi i hemmet 89

Vi slipper arbeta som slavar 89 Duscha, bada eller basta? 90 Energimärkning för vitvaror 91 Fläkten drar bara 150 watt men … 92 Energi till köksspisen 93 Energideklaration för byggnader 93 Nollenergihus och passivhus 94 K apitel 9

System och processer 97

Vad är ett system? 97 Från åker till köksbord 99 Från skog till veckotidning 100 Från kraftverksdamm till eluttag 102 Kollektivtrafik 103 Intelligenta transportsystem 104 Trädstruktur och nätverk 106 K apitel 10

Infrastruktur och logistik 109

Vad är infrastruktur? 109 Logistik 109 Vägar och gator 110 Vatten och avlopp 112 Bandbredd och trängsel i etern 114 K apitel 11

Mäta och detektera 117

Säg stopp! 117 I teknikens värld sker inget omedelbart 119 Trafiksignaler 122 Är någon där? 122 Transponder och sändtagare 125 Den vanligaste figuren 125

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 5

2014-08-21 14.22

6

Innehåll

K apitel 12

Styra och reglera 127

Termostater 127 Reglering med återkoppling 128 Människan som reglersystem 129 Leksaker för små och stora 130 Marsroboten Curiosity 131 K apitel 13

Minimera förlusterna 135

Det går som smort 135 Motorn skär 137 Strömlinjeform 138 Extremt är inte optimalt 140 Lagen om minskande utbyte 141 Badkarskurvan 142 K apitel 14

Risker och skydd 145

Elden är lös 145 Brandväsendets utveckling 148 Innan brandkåren hinner fram 151 K apitel 15

Gränsvärden 155

Vad är ett gränsvärde? 155 Radioaktivitet och livsmedel 156 Buller 157 Hur bestämmer man ett gränsvärde? 158 Strålningsrisker 160 Bly som miljögift 161 Dålig luft 161 K apitel 16

Det mesta har sitt pris 163

Blir allt bara dyrare och dyrare? 163 Är det samhällsekonomiskt lönsamt? 166 LCC och vad det kostar att ha bil 168 Konsekvensanalys 169 Vad är värdet av ett statistiskt liv? 170 Ekologiskt fotavtryck 172

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 6

2014-08-21 14.22

Innehåll

K apitel 17

7

Industriers uppgång och fall 175

Samhället förändras ständigt 175 Drivkrafter bakom teknikskiften 176 Helt ny teknik tar vid 176 Efterfrågan minskar på grund av teknikutvecklingen 176 Efterfrågan minskar på grund av andra preferenser 177 Internationell konkurrens slår ut svensk verksamhet 177 Miljöskäl och olycksrisker 178 Stordrift och överkapacitet 178 Råvaran tar slut 178 Stora sillfisket i Bohuslän 179 Fångstredskap 179 Silltunnor 179 Salt 179 Tran 180 Avskogning 180 Miljöproblem 180 Arbetskraft 180 Entreprenöranda 180 Handel 180 Sociala problem 181 Misär 181 Ett tändsticksimperiums uppgång och fall 182 Entreprenörer 182 Arbetsmiljöproblem 182 Säkerhetständstickan 182 Mekanisering 183 Varumärke 184 Tändsticksmonopol 184 K apitel 18

Hållbar utveckling 185

Vad är hållbar utveckling? 185 Återvinning 187 Tar råvaran slut? 188 Lagstiftning för hållbar utveckling 189 Livscykelanalys 191 LCA för potatischips 192

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 7

2014-08-21 14.22

8

Innehåll

K apitel 19

Fem sammanfattande principer 193

Teknikens väsen och metoder 193 Väg fördelar mot nackdelar 194 Tre vardagsexempel 194 Tekniska lösningar på motstridiga krav 196 Kravspecifikation 197 Detaljer, nätverk och system 197 Direktiv, föreskrifter och standarder 198 CE-märkning 198 EU-direktiv 199 Föreskrift 199 Standard 199 Risker och konsekvenser 200 Enkla mått och noggranna data 202 Enkel mätning med svår tolkning 202 Enkelt mått för komplexa förhållanden 202 Noggrannhet och tolerans 203 Den principiella skissen 204 K apitel 20

Uppgifter 205

Ett barnsäkert kök 205 Är detta ett acceptabelt miljöingrepp? 206 Toalett för fritidshus 207 Kan man inte göra cykeln av plast? 208 Är det sant som det står i tidningen? 209 Den som är sist släcker ljuset 209 Kommentarer till uppgifterna 210 Ett barnsäkert kök 210 Är detta ett acceptabelt miljöingrepp? 210 Toalett för fritidshus 211 Kan man inte göra cykeln av plast? 211 Är det sant som det står i tidningen? 212 Den som är sist släcker ljuset 212

Person- och sakregister 215

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 8

2014-08-21 14.22

9

FÖRORD

Detta är en direkt fortsättning på boken Teknikens väsen – Skolans teknikämne i tidigare skolår. Båda böckerna tar fasta på det övergripande syftet med teknikämnet, som är att ”eleverna utvecklar sitt kunnande och sin tekniska medvetenhet så att de kan orientera sig och agera i en teknikintensiv värld” (citat från Lgr 11).

I den första boken låg tonvikten vid enstaka föremål som returflaska, äggkartong, lastpall, cykelbelysning, hastighetsmätare, hiss och så vidare.

Denna bok ger ytterligare exempel på tekniska lösningar för specifika ­problem, men nu ofta av mer avancerad karaktär, som sensorer för reglering av energi­användning, hållfasta konstruktioner där material och utformning samspelar, och användning av laser i de mest skilda sammanhang.

Allt detta är en del av den teknikvärld som omger oss, men Lgr 11 gör det tydligt att syftet med skolans teknikämne går mycket längre än att bara kunna förstå hur tekniken fungerar rent tekniskt. Det är preciserat så att eleverna bland annat skall utveckla förmågan att identifiera och analysera tekniska lösningar utifrån ändamålsenlighet och funktion, värdera konsekvenser av olika teknikval och analysera drivkrafter bakom teknikutvecklingen.

Nyckelorden här är identifiera, analysera och värdera. För att det skall ske på ett strukturerat sätt krävs dels explicit formulerade metoder, dels en referensram där man sett hur metoderna kommer till uttryck i praktiska fall. Det angreppsättet går som en röd tråd genom boken. Metoderna är hämtade från verkligheten, men de framställs på en nivå som är tillämpbar i skolundervisningen och används sedan i situationer som eleverna kan möta i vardagen.

Ett exempel får illustrera tankegångarna. Teknikens metod för att hantera risker kan sammanfattas så här: Minimera riskerna och lindra dess konsekvenser. Det betyder, med andra ord, att man skall vidta allt som är rimligt för att förhindra en olycka, men skulle den trots allt inträffa så skall skadan i största möjliga utsträckning begränsas. Denna metod illustreras i boken med många exempel, där brand och brandskydd behandlas särskilt utförligt ur © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 9

2014-08-21 14.22

10

Förord

både dagsaktuellt och historiskt perspektiv. Ett annat tillämpningsområde är fordon och trafikmiljö.

Det är min förhoppning att föreliggande bok, tillsammans med boken Teknikens väsen, skall vara till hjälp när det gäller att tolka och implementera läroplanen i ämnet teknik, och då särskilt dess allmänna syfte.

Under skrivarbetet har jag haft kontakt med ett mycket stort antal personer för att få tips och idéer och för att få faktauppgifter verifierade. Jag tackar dem alla för deras hjälp.

Göran Grimvall

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 10

2014-08-21 14.22

K AP I T E L 3

Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

Produktutveckling Produktutveckling kan innebära att ta fram helt nya produkter, men också att förbättra något som redan finns. I detta kapitel fokuserar vi på den gradvisa förbättringen. Produkten kanske görs mer hållfast, enklarare att hantera, billigare, vackrare, miljövänligare eller vad det nu kan vara som får konsumenterna att föredra den nya versionen. Från reklamens värld känner vi till hur även små förändringar kan presenteras som något helt nytt, även om det egentligen handlar om samma produkt. Mobiltelefonen har kanske bara fått några nya funktioner, ändrat utseende, bättre batteriprestanda, blivit tåligare mot stötar och väta, och så vidare. De verkligt stora tekniksprången, som när de mekaniska räknemaskinerna på 1970-taler ersattes av elektroniska produkter, eller när filmen i en kamera på 1990-talet ersattes med elektronik, hör till undantagen.

Ett exempel på produktutveckling är att man tillför någon detalj som under­ lättar användningen. I dag finns det kardborreband i stället för sko­snören på nästan alla barnskor. Så har tekniken löst ett praktiskt vardags­problem för småbarnsföräldrar och förskolepersonal. Hatten på kaviartuben, som har fått en försänkt spets, klarar på ett genialt sätt det lilla problemet att öppna tubens förslutning. Många konservburkar har en dragring och en försvagning i plåten, så att man kan öppna burken utan konservöppnare. Diskborsten av plast kan ha en vass kant så att den också duger till att skrapa bort matrester med.

Vi möter dagligen många sådana enkla tekniska förbättringar av produkter som fanns i hemmen även under våra föräldrars barndom och kanske ännu tidigare, men utan att produkten sedan dess har ändrats i grunden.

Ett annat karakteristiskt drag i produktutveckling är diversifiering, där en alltmer komplex produkt tillverkas i olika varianter för att passa specifika ändamål. Det finns särskilda knivar för att skära bröd, skrapa rotfrukter, filea fisk och för mer allmänt bruk som skärverktyg; knivar med långa, korta, smala eller breda blad, och skaft av olika utföranden. Man skulle klara sig med bara några få modeller, men med rätt kniv blir arbetet ofta lättare och resultatet bättre. Glas för drycker är ett annat exempel, alltifrån enkla, staplingsbara och okrossbara för vardagsbruk till glas av olika slag för festliga tillfällen, och som ofta ingår i en serie med konstnärlig formgivning. © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 31

2014-08-21 14.22

32

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

FIGUR 3.1 I friidrottens mångkamp kräver grenarna olika typ av skor. De här skorna har (från vänster) använts för höjdhopp och spjutkastning, sprint och häcklöpning, längdhopp och slutligen kulstötning. Skon för höjdhopp skall ha spikar även i hälen, så att man inte halkar. Den för längdhopp har fastare häl än skorna för löpning. Skon för kulstötning har slät sula, så att man lätt kan rotera i kastringen. Foto: Göran Grimvall.

Parallellt med diversifiering genom något olika utföranden av en grundmodell finns också en motsatt strävan genom standardisering, så att ett fåtal produkter kan kombineras på många olika sätt och tillfredsställa helt olika behov. Vi såg det i kapitel 2 när det gällde rep för franska arméns ballonger under 1800-talet. Ett bra nutida exempel är möbelfabrikanternas sortiment av moduler för bokhyllor, där kombinationsmöjligheterna är så många att de mest skilda personliga smaker kan tillfredsställas. På byggmarknaden hittar man raka och böjda rör och olika kopplingar med standardiserat ut­förande som gör vvs- och VA-installationerna lättare. Systemkameran erbjuder många alternativ för specialisten.

I det här kapitlet skall vi diskutera tre exempel på gradvis utveckling och dess drivkrafter. Nya material förändrade utbudet av hårkammar för hundra år sedan, men inte kammens konstruktion. Mekaniska lås med tillhörande nyckel har en lång utvecklingshistoria, där elektroniken på kort tid har ändrat själva nyckelns utformning, men inte så mycket när det gäller låskolven.

Utvecklingen av personbilar drivs av faktorer som bekvämlighet, säkerhet och miljöpåverkan. © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 32

2014-08-21 14.23

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

33

Hårkammar En del produkter har för länge sedan fått en sådan utformning att det inte finns utrymme för några radikala ändringar. Hårkammar är ett sådant exempel. Figur 3.2 visar en kam av ben, använd under vikingatiden. Den ser ut ungefär som dagens kammar. Skillnaden ligger främst i materialvalet, där våra kammar brukar vara av något polymermaterial (plast) eller kanske aluminium. Den metallen, som nu är så vanlig i bruksföremål, framställdes inte i ren form förrän vid mitten av 1800-talet. Då var den till och med dyrare än guld. Erosstatyn, som står i Piccadilly Circus i London, konstruerades 1893 i det då exklusiva materialet aluminium.

Man kan få en uppfattning om den tekniska materialutvecklingen genom att studera utbudet av vardagsprodukter i postorderfirman Åhlén & Holms jubileumskatalog 1899–1909. Där finns inte mindre än 37 olika hårkammar.

Några av dem beskrivs på följande sätt (med ursprunglig stavning och här ordnade efter pris i kronor): • N:o 1844 af äkta elfenben, mycket fin, pris 0,95 pr st

• N:o 3036 af svart, extra prima hårdgummi, pris 0,65 pr st

• N:o 3349 af metall, öfverdagen med brun emaljfärg, pris 0,40 pr st

• N:o 1839 af preparerad massa, och absolut obräcklig, pris 0,35 pr st • N:o 3035 af fint, genomskinligt, poleradt horn, pris 0,30 pr st • N:o 1836 af celluloid, hvit, pris 0,25 pr st • N:o 1258 af hvitt ben, pris 0,15 pr st.

FIGUR 3.2 En kam från vikingatiden, tillverkad av ben och funnen på Gotland. Källa: Historiska museet.

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 33

2014-08-21 14.23

34

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

Valet av material för kammarna i listan förtjänar två kommentarer. Enligt CITES (Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora) är i princip all kommersiell aktivitet med elfenben numera förbjuden i EU. Celluloid är en bomullsbaserad cellulosaprodukt som kring förra sekelskiftet fick stor användning för bland annat kammar, knappar, knivskaft och glasögonbågar. Materialet var lätt att forma i värme, kunde färgas och poleras och användas för imitationer av till exempel horn, sköldpaddsskal, elfenben och bärnsten. Nu har celluloid ersatts av ett brett utbud av polymera material.

Materialutveckling behöver inte bara handla om konstruktionsmaterial, det vill säga material för att tillverka föremål som lyktstolpar, cykelställ, saxar, tandborstar, klädnypor och så vidare. Ett helt annat exempel där materialvalet spelar stor roll är marktäckningen vid idrottsanläggningar. Det är inte länge sedan grus var ett lika vanligt underlag som konstgräs är i dag, även på stora fotbollsplaner. Löparbanor bestod förr av kolstybb, som är finfördelat kol blandat med sand, lera och tjära. Vid sprintertävlingar grävde löparna gropar i kolstybben; därav uttrycket att ”ligga i startgroparna”. I dag består underlaget vanligen av ett gummiliknande material som tål regn utan att

FIGUR 3.3 Löparbanor belagda med allvädersmaterialet Mondo® på Ullevi Stadion i Göteborg. Lägg också märke till högtalaren bakom de startande. Tiden mäts så när som på 1/100 sekund. På den tiden går ljudet bara 3 meter. Det skulle alltså inte nå alla löparna samtidigt, om man inte hade högtalare som var kopplade till startpistolen. Foto: Göran Grimvall.

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 34

2014-08-21 14.23

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

35

förändras. Då kan man inte gräva gropar, utan använder startblock. Tartan® (uttal: tartán) är ursprungligen ett varumärke från tillverkaren 3M, men det har ofta används som benämning på liknande material från andra tillverkare.

Mondo® är ett italienskt varumärke för ett annat avancerat allvädersmaterial.

Obehöriga äga ej tillträde Lås som öppnas med en speciell nyckel har urgamla anor. Under antiken var låsen gjorda av trä. De första helt metalliska låsen kom under 800-talet. Bara den som har rätt nyckel kan öppna låset, en tanke som återkommer i många metaforer. En sång om kärlek kan handla om hjärtats nyckel. I religionens värld talas det om nyckeln till himmelriket. Många söker efter nyckeln till framgång, och fotbollslaget kan ha några nyckelspelare, som skall dyrka upp motståndarlagets försvar. Lås och nycklar är typiska tekniska artefakter med en lång utvecklingshistoria, kantad av uppfinnarmöda och tekniska genombrott. De illustrerar också två av de mest karakteristiska dragen i tekniska lösningar; en ständig strävan till förbättringar, och att det nästan alltid finns både fördelar och nackdelar som måste vägas mot varandra.

Lås med nycklar Det traditionella låset har en nyckel med ett ax. När den rätta nyckeln sticks in i nyckelhålet och vrids runt, skjuter axet låsets mekaniska spärrar till ett sådant läge att låset öppnas. Under 1700- och 1800-talen konstruerades otaliga mer eller mindre komplicerade lås. Svensken Christopher Polhems hänglås är från början av 1700-talet. Inne i låshuset finns ett antal vridbara plåtskivor med hack. När nyckeln fått dem i rätt inbördes läge passar hacken i skivorna mot hack i låsbygeln, och låset kan öppnas. De många sätten att placera hacken gör att varje lås får sin egen nyckel.

FIGUR 3.4 Polhemslåset består av nyckel med ax, bygel och låshus.

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 35

2014-08-21 14.23

36

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

FIGUR 3.5 Cylinderlåset uppfanns på 1800-talet. Denna bild, från Nordisk Familjebok 1912, visar att låset redan för över hundra år sedan hade ungefär samma utformning som i dag. I låset finns ett antal metallstift som pressas ner med fjädrar r, och som är delade i två delar d och c. Nyckeln trycker upp stiften, så att de undre delarna ligger på samma nivå g–g. Då kan cylindern vridas runt med nyckeln, och låset öppnas. Genom att variera längden på stiften c och göra motsvarande ändringar i nyckelns hack, kan man åstadkomma ett stort antal olika låskombinationer. Om man dessutom delar stiften i två delar, kan man öppna många olika lås med en enda huvudnyckel.

Amerikanen Linus Yale patenterade 1865 ett lås med en princip som fortfarande är mycket vanlig, och man ser ofta företagsnamnet Yale på lås.

Nyckeln har en profil med hack, som kan lyfta upp en rad metallstift i en låscylinder; figur 3.5.

Det är lätt att se nackdelarna med vanliga mekaniska lås: Nyckeln kan bli stulen. Någon som lånat en nyckel kan göra en kopia innan den lämnas tillbaka. Om nyckeln kommer bort är det svårt att veta om någon obehörig fått tag på den. Allra värst är det om en huvudnyckel, som går till många olika lås, kommer på avvägar. Att byta lås kan vara både krångligt och kostsamt.

Yalelåset och liknande system, där man bara byter en låscylinder, gör det något lättare. Då går det också snabbt att ordna ett lås med nya nycklar, till exempel när man flyttar.

Lås utan nycklar Till kombinationslås behöver man ingen nyckel. Ett tidigt exempel är bokstavslåset, som uppfanns i Tyskland på 1500-talet. Det hade ett antal ringar med hack, ungefär som i Polhemslåset. På ringarnas rand fanns bokstäver.

När ringarna vreds till ett läge där bokstäverna bildade ett speciellt ord kunde man öppna låset. Pin-koder (PIN = personal identification number) är den elektroniska motsvarigheten.

Kombinationslås i värdeskåp (kassaskåp) kan ha ett hjul med en siffertavla på randen, som skall vridas till en följd av bestämda lägen. Antalet kombinationer blir så oerhört stort att det i praktiken är omöjligt att pröva sig igenom alla. Men när hjulet står rätt svarar det mot ett speciellt mekaniskt läge i låsmekanismen, vilket kan ge ett svagt karakteristiskt ljud. Kassaskåpstjuvar avbildas ibland med ett stetoskop, så att de kan höra ljudet.

I vardagslivet krävs det att vi har pin-koder och lösenord i sådan mängd att det ofta är svårt att hålla reda på dem. Om det bara gäller fyra siffror, är © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 36

2014-08-21 14.23

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

37

det inte heller orimligt för en obehörig att pröva sig igenom alla kombinationer. En teknisk lösning på svagheten med pin-koder är att systemet spärras permanent efter ett visst antal felaktiga försök, till exempel tre i följd. Fast det är inte helt utan problem. Anta att man blandar ihop två siffror i sin kod, men tror att man råkade trycka fel på en tangent, och sedan slår den felaktiga koden igen. Då återstår bara en chans, när allt måste bli rätt.

Behövs det lås?

Låsets funktion är ju att ingen obehörig skall komma in, men det är också illa om den som är behörig inte kan öppna dörren. I många sammanhang vill man att även de som saknar nyckel skall kunna komma in under dagtid, till exempel besökande till ett sjukhus eller elever till en skola. Under annan tid kan bara anställda komma in. En sedan länge använd metod är att ha ett tidlås, elektriskt kopplat till en klocka. För hundra år sedan var sådana system inte så driftsäkra, och man kunde gardera sig med två klockor för den händelse en av dem inte fungerade. Det är ett exempel på så kallad redundans.

Också i dagens anläggningar inträffar det ibland att det inte går att komma in trots ett korrekt passerkort. Även elektroniken kan ”gå i baklås”, och generellt sett är nog vanliga mekaniska lås de driftsäkraste.

De tekniska problemen kring lås kan ge underlag för många reflektioner om systemens sårbarhet, och vem det är som drabbas när något inte fungerar.

Då kan det vara värt att också tänka på vad för slags mänskligt behov som får sin lösning med lås och nycklar. I grund och botten handlar det om brister hos oss själva. Om alla var helt ärliga skulle vi inte behöva skydda någon egendom, och om alla respekterade skyltar med uppmaningar skulle vi inte behöva sätta upp låsta grindar. Eller kanske är det för enkelt? Ett lås kan hindra barn och även vuxna från att utsättas för faror som de inte är medvetna om.

Varje år en ny bilmodell Redan vid slutet av 1800-talet fanns det privatfordon som drevs med bensin eller elektricitet, men utvecklingen till dagens bilar tog inte ordentlig fart förrän Henry Ford år 1913 införde löpande-band-principen. Från 1908 till 1927 tillverkades 15 miljoner bilar av modell Ford T, vilket tidvis var ungefär hälften av världens bilproduktion.

Konceptet för personbilen har sedan varit i stort sett oförändrat i hundra år: ett fordon som drivs av en förbränningsmotor med ett oljebaserat bränsle.

Det vanliga är en grundmodell som kommer ut i nya årsmodeller, tills den efter något decennium ersätts av en helt ny modell. Sedan 2011 används dock inte begreppet ”årsmodell” som formell beteckning i samband med personbilar. © F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 37

2014-08-21 14.23

38

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

Vi kan dela in bilmodellernas gradvisa förändringar i fyra grupper, som tar fasta på • ökad bekvämlighet • ökad säkerhet

• minskad miljöpåverkan • ändrat utseende.

Vad som är ett attraktivt utseende beror på tycke och smak. Det bortser vi från, och diskuterar i stället bekvämlighet, säkerhet och miljöpåverkan.

Den följande texten beskriver i viss detalj ett antal tekniska lösningar på specifika problem. Avsikten är inte att betona tekniken i sig, utan arbetssättet i teknisk utveckling inom en mogen bransch. Det är raden av ofta ganska små förändringar som sammantaget och efter många år leder till en produkt med väsentligt höjd kvalitet, men kraven från konsumenter och regelverk på ytterligare förbättringar mattas ändå inte av.

Bekvämlighet Dagens bilar startar när vi vrider om nyckeln i tändningslåset. Fram till 1919 fick man i gång T-Forden med en startvev, men det var inte bara obekvämt, utan kunde också vara farligt om veven gjorde en oväntad rörelse när motorn gick i gång. Lösningen var en elektrisk startmotor som drevs med batteri. Till en början kopplades den in med en separat knapp eller pedal. Inte förrän 1949 kom en bilmodell från Chrysler, där startmotorn var kopplad till tändningslåset. Ännu på 1960-talet hade några bilar en möjlighet att starta motorn med en vev, som en reserv om batteriet till

FIGUR 3.6 T-Forden tillverkades i över 15 miljoner exemplar under tiden 1908–1927. Här är en bil från 1925. Foto: Adrian Pingstone.

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 38

2014-08-21 14.23

KAPITEL 3 Tekniska lösningar – gradvis förbättrade

39

exempel skulle vara urladdat. Alternativet var ofta att knuffa eller bogsera bilen ett stycke så att motorn gick i gång. Motsvarigheten till att starta med en vev har vi fortfarande i de vanliga gräsklipparna och i många små utombordsmotorer, där man drar i gång motorn med en lina, och det gäller att ha ”den rätta knycken”.

Begreppet att veva ner rutan är så inarbetat att man kan höra det även nu när de flesta bilar har elektriska fönsterhissar. Allt fler funktioner i bilen styrs med eletriska motorer, mest för bekvämlighetens skull eftersom det också skulle gå bra med handkraft. Fjärrlås, farthållare och backsensorer som känner av närvaron av hinder bakom bilen är andra funktioner som inte är nödvändiga, men som uppskattas av många bilköpare.

Säkerhet Under efterkrigstiden var trafikolyckor en vanlig dödsorsak i Sverige. Det ledde till att säkerhetsaspekter blev viktiga för bilköparna. I första hand skall bilen vara så konstruerad att olyckor förhindras, men om de ändå sker skall skadorna minimeras.

Självklart måste en bil ha effektiva bromsar. Fram till 1960-talet var trumbromsar vanligast, och de har sedan ersatts av skivbromsar. I båda fallen pressas bromsbackar/klossar mot en trumma eller skiva vid hjulen när man trycker ner bromspedalen. Kraften från pedalen förmedlas genom hydraulik med bromsolja i bromsledningar. Om en sådan ledning går sönder, försvinner bromsverkan. Sedan 1972 måste därför bilar i Sverige ha två skilda bromskretsar. Slutar den ena att fungera så kan bilen fortfarande bromsas.

antal dödade

1 500

1 000

500

0 1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

FIGUR 3.7 Antalet trafikdödade i Sverige 1950–2010. Ökningen fram till 1970 beror främst på den allt större trafikmängden. Parallellt med detta blev fordonen säkrare, vägarna bättre och förarna bättre utbildade.

© F ö r fat ta r en o c h S t u d en t li t t e r at u r

978-91-44-09478-6_book.indd 39

2014-08-21 14.23

Göran Grimvall

Teknikens metoder Skolans teknikämne i senare skolår

| Teknikens metoder

Göran Grimvall blev civilingenjör i teknisk fysik 1963 och teknologie doktor 1969 vid Chalmers tekniska högskola. 1977 utnämndes han till professor i teoretisk fysik, särskilt materialteori, vid KTH och har där varit bl.a. dekanus och programansvarig för teknisk fysik. Göran Grimvall har ett omfattande vetenskapligt och pedagogiskt författarskap inom olika ingenjörsdiscipliner och är ledamot av Ingenjörsvetenskapsakademien, där han särskilt har engagerat sig i skolprojektet NTA (Naturvetenskap och teknik för alla).

Teknikens metoder

Skolans teknikämne i senare skolår Syftet med skolans teknikämne går mycket längre än att förstå hur tekniska konstruktioner fungerar rent praktiskt. I denna bok presenteras studiet av specifika tekniska lösningar utifrån läro­ planens mål om generella förmågor. Läroplanen preciserar det så att eleverna skall utveckla förmågan att identifiera och analysera tekniska lösningar utifrån ändamålsenlighet och funktion, värdera konsekvenser av olika teknikval och analysera drivkrafter bakom teknikutvecklingen.

Författaren ger exempel på tekniska lösningar som eleverna känner igen från sin vardag – internet, bilsäkerhet, gränsvärden – och uppmuntrar till såväl kreativitet som kritiskt reflekterande. Teknikens metoder är en direkt fortsättning på boken Teknikens väsen och riktar sig till de senare skolårens teknikundervisning.

Bokens målgrupp är blivande och verksamma lärare, men genom sina många exempel på teknik i vardagen blir den intressant för alla som vill kunna orientera sig i en teknikintensiv värld.

Art.nr 38205

Göran Grimvall www.studentlitteratur.se

978-91-44-09478-6_01_cover.indd 1

2014-08-15 14:29