9789127567351

Ellips  Naturkunskap kurs A

Ellips

Ellips



FOKUS

Naturkunskap A Kerstin Svanfeldt · Monica Svensson Ellips A Fokus är en lättare version av Ellips A. De båda versionerna kan användas parallellt. Fokusboken har samma upplägg som grundboken men innehåller inga uppgifter. Läroböckerna i serien erbjuder naturkunskap med sammanhang och eftertanke, där miljö- och resurstänkandet löper som en röd tråd. Ellips drar nytta av de möjligheter ämnet erbjuder till integration mellan olika kursavsnitt.

Läs mer om övriga komponenter i serien på www.nok.se/laromedel.

ISBN 978-91-27-56735-1

9

N&K_NaturkA_omslag_Fucus_ORIG.indd 1

789127 567351

1 0 0 0 0

Naturkunskap kurs A 09-10-08 15.04.39

N&K_Ellips2_framvagn.indd 3

09-10-08 15.10.00

Ellips – ett angeläget budskap Vad minns vi från de första tio åren på 2000-talet?

Du minns kanske Christer Fuglesangs promenader i rymden. Han blev den förste svensk som reste ut i rymden.

I början av 2000-talet var det stora skillnader i vädret. Det blev svår torka och missväxt i delar av Afrika. På andra ställen regnade det ovanligt mycket. USA drabbades av fler orkaner och tromber än vanligt. Var det vårt fel? Kan vi göra något åt vädret? Vad händer med naturen i framtiden och klarar sig människan?

Varje dag kan du läsa om miljö i tidningarna.

Den här boken kanske kan hjälpa dig att vakna upp och bli intresserad av miljöfrågor – om du inte redan är det!

Boken börjar med kapitlet Från Big Bang till 2000-talet. Gamla och nya idéer och vetenskapliga sätt att arbeta har lett fram till dagens kunskap om både materien omkring oss och om universums historia från födelsen fram till i dag.

På jorden lever växter, djur och människor. Vi människor är helt beroende av övriga organismer

N&K_Ellips2_framvagn.indd 3

och så kommer det alltid att vara. I kapitlet Naturen får du lära dig det du behöver för att förstå hur den naturliga naturen fungerar.

I hela världen ökar behovet av energi. Trafik, industri, bostäder och alla våra elektriska apparater är orsaker till ökningen. Varifrån ska vi få energin?

Kapitlet Energi tar upp frågor som är viktiga för vår överlevnad.

Vår jord ska räcka till för alla. Många människor har ont om vatten, mat och energikällor. Kan maten fördelas på ett rättvist sätt över jorden? Hur mår jorden? Hur har dagens problem med miljön uppstått? Kan vi sluta förstöra miljön? Kan vi reparera naturen?

Vad kan var och en av oss göra? Hälften av jordens befolkning är yngre än 18 år. Ungdomar är uppfinningsrika och kreativa. Ni är den största resurs som jorden har! Och om viljan och kunskaperna finns kan man uträtta mycket tillsammans!

09-10-08 15.10.00

Innehåll

Från Big Bang till 2000-talet

6

Vår bild av världen växer fram Lite om atomer Big Bang – ”den stora smällen” Stjärnor Det kosmiska kretsloppet Vårt solsystem Jorden – vårt hem i universum Livets förutsättningar

8 14 16 20 23 24 26 30

Naturen

32

Karo och skabbdjuret Carl von Linné (1707–1778) Samhällen i naturen Populationer Allt levande behöver energi Kretslopp i naturen Jord Skog Biologisk mångfald Att förstå varandra Naturen på vintern Vatten Insjöar Våtmarker Havet

34 35 36 38 40 42 44 48 52 53 56 60 61 62 64

N&K_Ellips2_framvagn.indd 4

09-10-08 15.10.00

N&K_Ellips2_framvagn.indd 5

70

Energi

72 75 78 79 82 82 84 86 95 99 102 104 105

Energi – vad är det?

Omvandlingar mellan energiformer Energiprincipen Begrepp inom energiområdet Effekt Den påhittiga människan Varifrån får vi energin?

Metoder att fånga solenergi Energi från andra källor än solen Joniserande strålning Kärnkraft i Sverige Kärnkraft i världen Världens och Sveriges energikällo

106

Hur mår jorden?

107 108 116 118 120 123 126 128 133 138 140

Tillsammans kan vi göra något!

Klimat och klimatförändringar Sola med kläderna på!

Vad är det i luften?

Försurning Havet Vi blir allt fler Kan jorden föda oss alla?

Avfall Ett nytt ansvar Naturens lagar gäller oss alla!

142

Register

09-10-08 15.10.00

Från Big Bang till 2000-talet Säkert har du någon gång tittat upp mot himlen en kväll då stjärnorna lyser klart. Kanske har du funderat: > Vad är det jag ser? > Hur långt kan jag se? > Finns det andra varelser därute i rymden?

Skulle du vilja följa med på en färd ut i rymden?

6 N&K_Ellips2_kap1.indd 6

09-10-08 15.15.45

Vet du att du redan reser i rymden? Medan du läser den här meningen, hinner jorden flytta sig 300 km i sin bana runt solen. Dessutom snurrar jorden ett varv varje dygn. Vi säger att den vrider sig runt sin egen sin axel.

På fotot kan du faktiskt se att jorden rör sig.

Det är taget under flera timmar och visar hur varje stjärna under den tiden flyttar sig en bit på himlen.

Vetenskapsmän som forskar om rymden kallas astronomer. Många astronomer arbetar på ett observatorium. Där studerar de solen, stjärnorna, planeterna och annat som de kan se på himlen.

Det här kapitlet handlar om vad astronomerna i dag vet om rymden, men också om vårt solsystem och livet på jorden. Först får du läsa om vad människor för flera tusen år sedan tänkte om universum och människans plats där.

7 N&K_Ellips2_kap1.indd 7

09-10-08 15.15.47

Vår bild av världen växer fram 1

5

Hur tänkte du dig att världen såg ut när du var liten? Hur tänker du dig i dag att världen ser ut? Din bild av världen har nog förändrats, eftersom du har blivit äldre och lärt dig mycket.

På samma sätt har människors bild av världen ändrat sig genom tiderna. I många tusen år har människor tittat upp mot stjärnhimlen. De har funderat över hur allt i universum hänger samman och vilken roll människan kan ha i allt detta.

Nu ska du få läsa om hur vår världsbild har förändrats från flera tusen år tillbaka fram till vår egen tid.

Solen och planeterna 10

15

20

25

30

Vetenskap är när man försöker beskriva verkligheten på ett mycket noggrant sätt. Astronomi är en av de allra äldsta vetenskaperna.

Den handlar bland annat om stjärnor och planeter.

I den del av världen som i dag är södra Irak, levde för många tusen år sedan ett folk som kallas babylonier. De studerade stjärnorna och delade upp dem i grupper, stjärnbilder, som de satte namn på.

Flera stjärnbilder fick namn efter djur. Babylonierna lade också märke till några särskilt ljusa punkter på himlen. De lyste starkare än stjärnorna och rörde sig bland dem. Dessa punkter fick heta planeter.

I dag känner vi till åtta planeter. Jorden är en av dem. De andra heter Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

Redan för lite mer än två tusen år sedan sa en grek som hette Aristarchos: ”Jorden och de andra planeterna rör sig runt solen.”

Men andra höll inte alls med honom. De tyckte hans idé var helt galen. Astronomen Ptolemaios från Alexandria i Egypten sa i stället att det är jorden som är centrum i universum, inte solen.

Att jorden är universums centrum eller mittpunkt kallas för den geocentriska världsbilden. Grekiskans ord geos betyder jord. Tänk på ordet geografi som betyder läran om jorden.

Solen och planeterna rörde sig alltså i cirklar runt jorden, menade Ptolemaios. Längst bort från jorden låg de orörliga stjärnorna.

8 N&K_Ellips2_kap1.indd 8

09-10-08 15.15.47

Till vänster: Geocentrisk världsbild – jorden i centrum.

Till höger: Heliocentrisk världsbild – solen i centrum.

Och utanför de orörliga stjärnorna trodde man att gudarna fanns.

Den vänstra bilden visar hur Ptolemaios tänkte.

1

Solen åter i centrum

5

10

15

20

Människans världsbild har ibland påverkats av religionen. Att jorden var centrum i universum passade den katolska kyrkans lära.

Den satte människan och jorden i mitten av hela Guds skapelse.

I medeltidens Europa hade den katolska kyrkan stor makt. Därför dröjde det ända till 1500-talet innan någon vågade prata om något annat än att jorden skulle vara universums mittpunkt. Men då kom Aristarchos gamla idé upp igen, att jorden och de andra planeterna rörde sig kring solen. På 1500-talet skrev nämligen den polske prästen och astronomen Nicolaus Copernicus att det var solen som låg i centrum. Han sa att jorden rör sig ett varv kring solen på ett år. Jorden snurrar också ett varv kring sin egen axel på ett dygn, alltså 24 timmar.

Jordaxeln Nordpolen

Sydpolen

Copernicus världsbild kallas heliocentrisk. Grekiskans ord helios betyder sol. Copernicus var rädd för vad ledarna inom katolska kyrkan skulle säga. Därför väntade han 30 år innan han vågade avslöja hur han tänkte.

Men hur vet vi att Copernicus idé om att solen är i centrum är sann? Jo, andra astronomer studerade solen och planeterna noga.

Resultaten av deras studier skulle bli goda bevis för att Copernicus hade rätt.

från big bang till 2000-talet

N&K_Ellips2_kap1.indd 9

|9 09-10-08 15.15.48

1

5

10

15

20

25

En känd dansk astronom hette Tycho Brahe och levde i slutet av 1500-talet. Han byggde ett eget observatorium på ön Ven i Öresund.

Kikaren var ännu inte uppfunnen, men Tycho Brahe byggde själv andra noggranna mätinstrument som han riktade mot rymden. Med dem kunde han mäta var på himlen solen, månen och planeterna befann sig.

Galileo Galilei hette en italiensk vetenskapsman. På nyåret 1610 blev han den förste någonsin som tittade mot himlen genom en kikare. Den hade just uppfunnits. Det första han upptäckte var att det finns berg på vår måne. Galilei kunde se skuggorna av bergen. Sedan riktade han kikaren mot planeten Jupiter.

Det är den största av planeterna.

Då såg han fyra månar som kretsade kring Jupiter. Jorden kunde alltså inte vara det centrum som alla himlakroppar snurrade kring. Den heliocentriska världsbilden verkade vara den riktiga.

30

I sin kikare studerade Galilei Tycho Brahe i sitt observatorium på ön Hven. det ljusa band över natthimlen som vi kallar Vintergatan. Han Galileis egna anteckningar från hans upptäckte att Vintergatan bestod av observationer av Jupiters fyra största månar.

Senare har man upptäckt många fler månar. mängder av stjärnor. Solen, som är en del av Vintergatan, var alltså en stjärna bland andra.

35

Men ledarna för katolska kyrkan gillade inte det som Galilei sa.

Därför bestämde de att han inte längre skulle få lov att lämna sitt hem. Domen upphävdes av katolska kyrkan 360 år senare.

10 N&K_Ellips2_kap1.indd 10

09-10-08 15.15.53

Ellipser 1

5

10

15

20

Nya vetenskapsmän använder sig förstås av det som tidigare vetenskapsmän har upptäckt. Tysken Johannes Kepler använde till exempel de mätningar som Tycho Brahe hade gjort. Med hjälp av mätningarna kunde Kepler skriva regler för hur planeterna rör sig. Han upptäckte att planeternas banor runt solen är en aning avlånga, formade som ellipser.

✺ planet Kepler visade att planeterna rör sig kring solen i ellipser.

Den engelske fysikern Isaac Newton funderade på hur det kunde komma sig att planeterna rörde sig som Kepler visat. Hans slutsats var att alla föremål påverkar varandra med en kraft, som han kallade gravitationskraften (tyngdkraften). Ju större massa föremålen har, desto större blir kraften mellan dem. Detta var år 1687.

Gravitationskraften gör att föremål i rymden drar till sig varandra. Att vår måne rör sig runt jorden beror till exempel på gravitationen. Jorden har störst massa och håller kvar månen i en bana runt sig. Om du kastar upp något i luften, så faller det mot marken. Jorden drar med sin kraft till sig föremålet. Samma sak är det om du hoppar höjdhopp. Du landar genast på marken igen.

Gravitationskraften håller faktiskt ihop vårt solsystem och gör också att alla stjärnor i solens närhet dras till varandra. Ja, gravitationen är den kraft som håller ihop hela universum!

Bättre mätinstrument

25

Tekniken utvecklades, och under 1700-talet lärde man sig bygga allt bättre teleskop. Teleskop är en sorts stjärnkikare. De hade astronomen William Herschel användning av. Han var den som först förstod att solen är en av många stjärnor som hör ihop.

Tillsammans bildar de en så kallad galax, som vi kallar Vintergatan.

Han menade också att det fanns hundratals andra galaxer utanför vår egen. Universum började bli obegripligt stort.

30

Herschel ansåg också att universum hela tiden förändras och att stjärnorna bildas genom att moln av materia dras ihop till glödande gasklot.

från big bang till 2000-talet

N&K_Ellips2_kap1.indd 11

| 11 09-10-08 15.15.53

Ljuset från stjärnorna avslöjar 1

5

Ända fram till 1800-talet försökte forskarna framför allt bestämma var i rymden stjärnor och planeter befann sig och hur de rörde sig.

Beräkningar enligt fysikens lagar förändrade människors sätt att se på universum. Men senare gjorde astronomerna nya upptäckter som gav annan intressant information. Genom att studera de olika färgerna i ljuset från en stjärna, stjärnans spektrum, kunde forskare bestämma vilka ämnen stjärnan innehöll. Man upptäckte då att stjärnorna innehåller samma grundämnen som finns på jorden.

Du kan läsa mer om grundämnen på nästa uppslag.

Ett prisma av glas delar upp ljuset från en glödlampa i regn­bågens alla färger – ett kontinuerligt spektrum, det vill säga att alla färger finns med.

Vid en elektrisk urladdning i ett glasrör fyllt med gas sänds ljus ut i endast de färger som är typiska för just den gasen – ett linjespektrum.

gas gas gas

Olika ämnen kan ”suga åt sig” en del av färgerna i ljuset från glödlampan.

Det uppkommer mörka linjer, som är typiska för varje ämne.

12 N&K_Ellips2_kap1.indd 12

09-10-08 15.15.53

Modern teknik

5

Astronomerna gör allt snabbare framsteg tack vare bättre tekniska hjälpmedel. Under första halvan av 1900-talet byggdes två jättestora teleskop i USA. Med dem kunde forskarna studera synligt ljus, alltså de färger vi kan se med ögonen. Men snart fick astronomerna så bra utrustning att de kunde studera alla sorters strålning från rymden. Det kunde vara allt från radiostrålning till röntgen- och gammastrålning, alltså strålar som ögat inte kan se.

Stora radioteleskop kunde ta emot radiostrålning från stjärnor under dygnets alla timmar, utan att moln och dis var något hinder.

10

Mer om strålning får du läsa i kapitlet Energi.

1

15

20

25

Så småningom började olika länder skicka upp satelliter, rymdskepp, ja, rentav rymdteleskop i banor kring jorden. De gjorde nya upptäckter och kunde fotografera sådant som vi aldrig skulle kunna fotografera från jorden. Bilderna lagrades i datorer.

Detta gav astronomerna mängder av spännande information från världsrymden att arbeta med. De har till och med kunnat studera delar av universum som ligger så långt bort att det tagit strålningen 13 miljarder år att nå jorden.

I dag kan vi tack vare den moderna forskningen beskriva Vintergatans form och storlek. Forskningen visar också att det verkligen finns andra galaxer än vår egen och att galaxerna rör sig bort från varandra.

Varje stjärna förändras hela tiden. Och forskarna vet nu nästan säkert hur gammalt universum är: 13,7 miljarder år.

gamma- röntgenstrålning strålning synligt ljus mikrovågor radiovågor höjd km 175 150 125 100 75 50 Flera sorters strålning når inte jordytan. synligt ljus

25 0 radiostrålning

Luften stoppar upp strålning från rymden med undantag av synligt ljus och radiostrålning. Vi kan mäta strålningen mot jorden genom att lyfta instrumenten högt upp i atmosfären med flygplan eller satelliter.

från big bang till 2000-talet

N&K_Ellips2_kap1.indd 13

| 13 09-10-08 15.15.54

Atom Atomens utsträckning är ungefär en tiomiljondels mm (10–10 m).

Atomkärna Atomkärnan är ca tiotusen gånger mindre än atomen. proton

atomkärna

Kärnpartikel Kärnpartiklarnas storlek kan vara 1/10 av kärnans.

Kvark Kvarkarnas storlek är på sin höjd 1/1000 av kärn­ partiklarnas.

Supersträng Forskarna har två olika idéer om det allra minsta.

neutron

? elektron 1911 Man påvisade att atomen består av en positivt laddad kärna. På relativt långt avstånd från den kretsar negativt laddade elektroner.

kvark 1930-talet Atomkärnan byggs upp av protoner och neutroner (kärnpartiklar). De rör sig så snabbt att de färdas en sträcka motsvarande jorden runt på en sekund.

1960-talet Varje proton och neutron byggs upp av tre kvarkar.

1980-talet Det finns sex olika slags kvarkar. Två av dem bygger upp kärnpartik­larna.

I dag Kvarkarna antas bestå av ännu mindre delar.

Lite om atomer 1

5

10

Astronomerna studerade universum, som vi också kallar det stora kosmos eller makrokosmos. Samtidigt undersökte andra forskare den lilla världen omkring oss, den som vi kallar mikrokosmos. Ute i universum finns nämligen också en liten värld. De senaste hundra åren har astronomernas funderingar handlat om mikrokosmos ute i makrokosmos. Därför behöver också du lära dig lite om atomer, innan vi fortsätter ut i makrokosmos.

Du själv och allt som du har omkring dig är uppbyggt av materia.

Det är en gammal idé att all materia är uppbyggd av mycket små delar. I dag kallar vi de minsta delarna för partiklar.

För ungefär 2 400 år sedan levde greken Demokritos. Han påstod att allting består av små bitar av materia som är omöjliga att dela.

Han kallade dem atomer. Vid 1900-talets början visste forskarna lite mer om atomer, men de trodde fortfarande att det var omöjligt

14 N&K_Ellips2_kap1.indd 14

09-10-08 15.15.54

1

5

10

att dela en atom i mindre bitar. Men under de senaste hundra åren har kunskaperna ökat snabbt. Nu vet vi att atomerna består av ännu mindre partiklar En atom har en kärna, och den innehåller partiklar som kallas protoner och neutroner. De är lika stora, men en proton har positiv elektrisk laddning och en neutron är oladdad. Det är antalet protoner i kärnan som avgör vilket grundämne det är fråga om.

Nästan all materia i atomen finns inne i kärnan.

Utanför atomkärnan rör sig andra små, negativt laddade partiklar som heter elektroner. De är lika många som protonerna i kärnan.

En elektron är lika mycket negativt laddad som en proton är positivt laddad. Därför är en atom som helhet utan elektrisk laddning, utifrån sett.

20

I naturen finns 92 grundämnen (dessutom finns det några konstgjorda grundämnen). Ett grundämne går inte att dela upp i andra ämnen. Väte, syre, järn och kol är fyra grundämnen. Varje grundämne består av bara en sorts atomer. Alla andra ämnen är sammansatta på olika sätt av olika grundämnen. De minsta delarna i ämnet vatten är hopsatta av väte- och syreatomer, och är exempel på så kallade molekyler.

25

På 1960-talet upptäckte forskarna att även protoner och neutroner är uppbyggda av mindre enheter. Forskarna kallade dem för kvarkar. Det finns idéer om att även kvarkarna består av ännu mindre delar, men det har ingen ännu lyckats bevisa med experiment.

15

En del atomer faller sönder

30

En del grundämnen har atomkärnor som inte håller ihop. Vi kallar dem instabila eller radioaktiva. När kärnan faller sönder, skickar den ut partiklar och strålning med hög energi. Resten av kärnan är nu en atomkärna av ett annat grundämne, om antalet protoner har ändrats.

En vanlig form av strålning är synligt ljus. Skillnaden på ljus och strålningen från atomkärnor är att vi inte kan se strålningen från atomkärnor och att den har mycket högre energi än ljus.

från big bang till 2000-talet

N&K_Ellips2_kap1.indd 15

| 15 09-10-08 15.15.54

Ellips  Naturkunskap kurs A

Ellips

Ellips



FOKUS

Naturkunskap A Kerstin Svanfeldt · Monica Svensson Ellips A Fokus är en lättare version av Ellips A. De båda versionerna kan användas parallellt. Fokusboken har samma upplägg som grundboken men innehåller inga uppgifter. Läroböckerna i serien erbjuder naturkunskap med sammanhang och eftertanke, där miljö- och resurstänkandet löper som en röd tråd. Ellips drar nytta av de möjligheter ämnet erbjuder till integration mellan olika kursavsnitt.

Läs mer om övriga komponenter i serien på www.nok.se/laromedel.

ISBN 978-91-27-56735-1

9

N&K_NaturkA_omslag_Fucus_ORIG.indd 1

789127 567351

1 0 0 0 0

Naturkunskap kurs A 09-10-08 15.04.39