9789140636947

Lyckad Krafter och rรถrelse John Stringer Lars Nilsson

NO

Innehåll Om krafter Om arbetsbladen Kommentarer till arbetsbladen

5 7 9

STÖTA OCH DRA Hitta stötarna Hitta dragen Kraftdetektiv Kraftdetektiv igen Stöt och drag Knuffa mig – dra dig Dra men rör inte! Magneter Stöt men rör inte! Magneter Gravitationen drar ner dig!

Skjuta ifrån – skateboard Vilka krafter?

Stöta och dra – repetition

Blad 1 Blad 2 Blad 3 Blad 4 Blad 5 Blad 6 Blad 7 Blad 8 Blad 9 Blad 10 Blad 11 Blad 12

TÄNJ UT OCH TRYCK IHOP Hitta uttöjningar och ihoptryckningar Töja ut gummiband Att trycka ihop fjädrar Mät töjningen Mät ihoptryckningen Fjädervågar Tillverka en kraftmätare Mäta genom tryck – badrumsvågar Modell av en badrumsvåg Kraftmemory

Blad 13 Blad 14 Blad 15 Blad 16 Blad 17 Blad 18 Blad 19 Blad 20 Blad 21 Blad 22

SNABBT OCH LÅNGSAMT Öka farten Minska farten Öka farten i backe Bromsad av sand Ojämn och slät friktion Friktion på matta Ändra riktning – styra Ändra riktning – studsa Acceleration – att undvika gravitationen Accelerations och bromsmemory

Blad 23 Blad 24 Blad 25 Blad 26 Blad 27 Blad 28 Blad 29 Blad 30 Blad 31 Blad 32

Till läraren

Om krafter Krafter är ett mycket spännande område inom naturvetenskap. Det är ett område där man med enkla medel kan göra intressanta undersökningar. Trots det är många lärare tveksamma till att undervisa om krafter. De upplever att området är svårt.

Varför ska man då undervisa om krafter? För det första: Världen styrs av de fysikaliska lagar som styr krafterna. För det andra: Ju tidigare elever förstår hur krafter agerar, desto mindre risk är det att de kommer att tycka att området är svårt.

Området krafter kräver mycket erfarenhet för att man ska kunna förstå det. Det är inte säkert att man alltid genom försök och undersökningar lyckas utmana elevernas vardagsföreställningar om hur krafter agerar. Därför är det viktigt att det undersökande arbetssättet kopplas till diskussioner med eleverna om vad som hände och varför.

När det gäller krafter är ofta det första svaret du kommer på fel. Det kan vara svårt, men nödvändigt, att acceptera. Ta dessa problem som exempel: 1. Om du släpper två lika stora bollar, en lätt och en tung, samtidigt från samma höjd, vilken når marken först?

2. Om du avfyrar en kula horisontellt med pistol och släpper en kula från samma höjd samtidigt, vilken kula når marken först?

3. Varför lyfter vi inte från marken upp i rymden?

4. På vilket sätt hänger gravitation och magnetism ihop?

5. När du trycker neråt med handen på en bordsskiva, varför passerar inte handen igenom skivan?

6. Varför flyter båtar av stål?

Det är inte säkert att du kan svara på frågorna enbart genom att använda ditt sunda förnuft. Det sunda förnuftet fungerar inte alltid i naturvetenskap, särskilt inte när vi arbetar med krafter.

KRAFTER OCH RÖRELSE – Lärarhandledning

1. Ta problemet med bollarna. Du kan förledas att tro att en tung boll når marken före en lätt. Men så är det inte, de når marken samtidigt. Detta förutsades av Galileo Galilei (1564-1642), som dock aldrig släppte två bollar från toppen på det lutande tornet i Pisa som det ibland påstås. Varför är det så?

För det första måste man förstå att det är gravitationen som får bollarna att falla. Allt på jorden påverkas av denna kraft, som vi vanligtvis kallar ett föremåls tyngd. Man skulle tro att den tyngre bollen, den med den största massan och därför också den största tyngden, skulle slå i marken först. Jorden drar kraftigare på föremål ju större deras massa är, och man skulle tro att de faller snabbare. Men deras större massa betyder att föremålen är svårare att sätta i rörelse. Jämför till exempel vilken kraft det krävs för att få fart på en cykel jämfört med vilken kraft som behövs för att knuffa igång en bil. De två faktorerna tar ut varandra. Oavsett massa och tyngd faller föremål alltid med samma hastighet.

Det som kan påverka hastigheten är luftmotståndet, och det beror till stor del på föremålets utbredning. Pröva till exempel med att släppa två pappersark, det ena ovikt och det andra ihopknycklat till en boll, så ser du detta.

2. Kulorna utsätts också för gravitationen. De båda slår i marken samtidigt. En av dem rör sig i en båge, och den andra faller vertikalt, men de når marken i samma ögonblick.

Stopp, säger du. Hur är det då med kraften från explosionen i pistolen? Den kraften verkar inte längre. Den satte fart på kulan precis i initialskedet, men när väl kulan fått fart har den inte längre någon effekt. Den enda kraft som påverkar kulorna förutom gravitationen är luftmotståndet. Det enda som påverkar tiden innan kulorna slår i marken är från hur hög höjd de avfyrades respektive släpptes.

Skillnaden är att den kula som avfyrades från pistolen under den tid den faller mot marken färdas en sträcka från pistolen.

Fallhöjd

Fallhöjd

5

3. Alla föremål, oavsett hur små de är, utövar dragningskraft på alla andra föremål. Styrkan på denna dragningskraft är proportionell dels mot föremålens massa, dels mot avståndet mellan föremålen. I de flesta fall är denna dragningskraft så liten att vi inte märker den. Vi kan uppleva hur månens dragningskraft skapar naturfenomen som ebb och flod, men den enda dragningskraft vi kan känna är jordens, den vi kallar gravitation.

Vi lever på ytan av en jättelik planet, så det är inte förvånande att alla andra dragningskrafter tas ut av gravitationen. Om jorden vore större skulle kraften öka. På månen, som har en massa som är en sjättedel av jordens, är dragningskraften en sjättedel, vilken förklarar att astronauter kan hoppa runt där. Deras tyngd på månen är bara en sjättedel av deras tyngd på jorden. Men deras massa är inte förändrad och tillbaka på jorden har de samma tyngd igen.

utrymmet du tog upp. Föremål flyter på detta sätt om deras tyngd är lägre än motsvarande mängd vatten. Ett stålstycke med samma massa som ett skepp av stål sjunker som en sten, men pressa ut det som plåt, forma det som ett skepp så att det är fyllt med luft och densiteten blir mycket lägre, lägre än det omgivande vattnet, och det flyter.

Så hur är det med en båt av betong? Kan den flyta? Jovisst kan den det. Det beror på hur den är utformad. Den måste formas så att densiteten totalt för hela båten blir lägre än vattnets.

4. Magnetism liknar gravitation. Båda krafterna kan agera på avstånd. Men de är inte samma sak.

Magnetismen håller oss inte kvar på jorden, och den utövar bara kraft på magnetiska föremål.

5. Och hur är det med bordet? När de krafter som påverkar ett föremål är i balans är föremålet i vila.

En rymdraket på startbanan har till exempel två krafter som påverkar den, gravitationen drar den neråt, och startbanan trycker den uppåt. Krafterna är i balans, så raketen står stilla. För att lyfta måste raketen besegra gravitationskraften. Det behövs en stor kraft för att få den att starta och fortsätta att lyfta den till jordens gravitation avtagit. Denna kraft kommer från raketmotorn.

När du lutar dig mot ett bord balanserar bordet den kraft du alstrar genom att trycka tillbaka med samma kraft som du utövar. Krafterna är i balans och din hand ligger still på bordet.

6. Och skeppet av stål? Ett flytande föremål är i balans. Gravitationskraften balanseras av vattnets lyftkraft. Om föremålet i vattnet har för hög densitet kommer krafterna i obalans och föremålet sjunker.

Det är svårt att tänka sig att vattnet kan utveckla en kraft, men du känner den om du försöker trycka ner en badboll under ytan. När du trycker ner den känner du hur vattnet trycker tillbaka. Det verkar som om vattnet vill återerövra det utrymme du tagit från det genom att trycka ner bollen.

Gör detta enkla experiment. Tappa upp ett varmt bad. Hoppa i, och när du är klar, ta dig ur vattnet så snabbt du kan. Vänd dig om. Vattnet har återerövrat

6

Säkerhetsaspekter Eftersom arbete med krafter innehåller stötar, drag och riktningsförändringar av rörelse finns det riskmoment. Genom planering kan du förebygga dessa risker.

När du bedömer risker i arbetet med krafter fråga dig själv ”Vad händer om?”

Till exempel: ”Vad händer om utrustningen går sönder, och vad kan vi göra åt det?” (Stig åt sidan.) ”Är nästa steg genomtänkt?” ”Vad händer om det elastiska bandet går av eller påsen går sönder?” (Att testa styrkan i bärkassar av plast är en praktisk aktivitet. En full bärkasse kan innehålla tillräckligt för att krossa en tå. Det är klokt att placera en papplåda under den fulla kassen, att hålla fötterna ur vägen och att dämpa ett eventuellt fall. Ett alternativ är att testa lyftförmågan i strimlor klippta ur plastkassar. Det reducerar riskerna.)

KRAFTER OCH RÖRELSE – Lärarhandledning

Om arbetsbladen Stöta och dra Arbetsblad 1-12 En kraft är en stöt eller ett drag. De flesta krafter är synliga. Vi ser hur mamman eller pappan skjuter på barnvagnen, hur fotbollsspelaren sparkar på bollen, hur någon drar i handtaget för att öppna dörren och så vidare. Två är aldrig synliga, magnetism och gravitationen.

Många krafter är svåra att känna igen. Inte ens när vi vet vad vi letar efter är de alltid uppenbara. När vi känner igen dem kan det vara svårt att avgöra exakt hur de agerar, och i vilken riktning.

Dessa aktiviteter börjar med väldigt enkla tankar om krafter, och sedan bygger vidare mot det mer komplexa.

Erfarenheten säger att eleverna behöver mycket övning i att rita krafter med hjälp av pilar innan de känner sig bekväma med detta.

Obs! Skilj mellan ordet stöt i den betydelse det har när vi talar om krafter, och den stöt man kan få av elektricitet.

Tänj ut och tryck ihop Arbetsblad 13-22 För varje kraft finns det en lika stor motkraft. När vi pressar en apelsin, eller mosar en potatis, försöker apelsinen och potatisen motverka det vi gör. Om krafterna var i balans skulle vi aldrig få potatismos eller apelsinjuice. Men krafterna är inte i balans.

Vi trycker hårdare än vad apelsinen eller potatisen kan trycka tillbaka, och apelsinen pressas och den kokta potatisen mosas.

När du drar ut ett gummiband, eller drar en polotröja över huvudet, övervinner du kraften i föremålet. Om du inte gjorde det skulle du aldrig få gummibandet att räcka runt paketet, och du skulle aldrig få tröjan förbi öronen.

När de krafter som påverkar ett föremål är i balans är föremålet i vila. Två sumobrottare utövar en enorm kraft på varandra, men krafterna är i balans,

KRAFTER OCH RÖRELSE – Lärarhandledning

ingen ger vika och de står stilla. Om ett litet barn till en sumobrottare hjälpte sin far skulle den andra brottaren, om han inte ökade sin kraft, börja röra sig bakåt.

En extra person i ett dragkampslag kan göra stor skillnad. Krafterna blir obalanserade och lagen börjar röra sig.

Ofta är en av de två balanserande krafterna gravitationen, fast det är svårt att tänka sig när man ser ett rum fullt med möbler att allt, inklusive själva huset, är inbegripet i en form av kamp mellan gravitationen och markens lyftkraft. Detta är enklare att se i flytande föremål.

Ett flytande föremål är balanserat. Den neddragande gravitationskraften balanseras av vattnets lyftkraft. De två är i jämvikt till balansen störs, båten lastas eller lastas ur, eller den börjar läcka och vattenfylls. Då vinner gravitationen.

Snabbt och långsamt Arbetsblad 23-32 Dessa arbetsblad handlar om hur krafter accelererar, bromsar eller förändrar riktningen på ett rörligt föremål. Det är svårt att uppleva dessa krafter om man inte finns på eller i föremålet, så det finns många hänvisningar till cyklar, rullskridskor och skateboards.

Det är lättare att se friktionens effekter. Det är viktigt att komma ihåg att friktionen finns mellan vilka två ytor som helst, oavsett hur släta de är.

Tänk på bromsklossarna som tar tag i ett cykelhjul. Båda ytorna är rätt så släta, ändå finns det friktion mellan dem. Delvis beror detta på att friktion är en molekylär effekt, greppet mellan två ytor som är mikroskopiskt ojämna. Delvis beror det på att två liknande ytor ofta har ett högt friktionsgrepp på varandra. Tänk på den värme du kan alstra genom att gnugga dina (nästan identiska) handflator mot varandra.

Så friktion är inte enkelt. Dessutom kan ytor uppföra sig olika beroende på om de är i rörelse eller om de är i vila. Samma sportsko som ger dig ett bra fäste när du skjuter ifrån för att hoppa upp i tennis kan uppträda helt annorlunda när du försöker stanna.

Det innebär bland annat att en sko med en väl räfflad sula, med till synes bra grepp, inte alltid har samma fäste som en sko med slät sula. Den senare kommer trots allt att ha mer sulyta som är i direkt kontakt med golvet. Det innebär att båda sulorna

7

Kommentarer till arbetsbladen Stöta och dra Arbetsblad 1-12

Blad 1 – Hitta stötarna Blad 2 – Hitta dragen Fördjupningsövningen kan vara svår. Prata igenom den med eleverna. Låt dem gärna pröva praktiskt genom att stöta till hjulförsedda föremål, till exempel leksaksbilar, med olika stor kraft. De kan också pröva att dra olika föremål och konstatera att det krävs olika mycket kraft.

är den bil som användes i vissa Kurt Olssonprogram, med motorhuv i båda ändar, möjlig att köra både framåt och bakåt. Övningen kan användas som inledning till arbetet med krafter, eftersom den ger eleverna möjlighet att rent konkret känna krafternas verkan.

Blad 7 – Dra men rör inte! Magneter Blad 8 – Stöt men rör inte! Magneter

Diskussionen i fördjupningsövningen går bra att genomföra i helklass. Genom att höra varandras förklaringar fördjupas elevernas förståelse.

Dessa aktiviteter undersöker de krafter magneter utövar på metalliska föremål och på varandra. Elever som är intresserade av science fiction, som Star Trek, Stjärnornas krig och liknande, kan komma med paralleller om hur man använder ”kraftfält” i dessa serier.

Observera att inte alla metaller är magnetiska. I första hand är det föremål som innehåller järn som fungerar för försöket.

Blad 5 – Stöt och drag

Blad 9: Gravitationen drar ner dig!

Många enkla aktiviteter, som att diska, polera och använda sandpapper, använder stöt och drag. Eleverna ska upptäcka stöt- och dragkomponenterna när man skriver upprepade mönster och använder en pensel.

Om övningen genomförs med yngre elever kan det vara en fördel om läraren inleder med att visa en liknande övning på tavlan och tillsammans med eleverna går igenom stöt och drag.

Den som vill göra övningen mer konkret kan låta eleverna på samma sätt pröva med att sopa ett golv, där också stöt och drag kan användas.

Fördjupningsövningen bör helst genomföras i slöjdsalen. Om den genomförs i klassrummet så var noga med instruktioner så att det inte uppstår onödiga risker, eller att material skadas.

Vanligtvis är det neddraget, stöten, som kapar träet, men det kan bero på vilken teknik man använder.

Detta är ett svårt område (se läraranteckningarna).

Om aktiviteten genomförs noggrant kommer filmburkarna att nå golvet samtidigt oavsett hur tunga de är. För det mesta får man dock en liten skillnad.

Om man släpper dem på en bricka av metall så hör man hur de når marken.

Detta är ett av de blad där det är mycket viktigt med en avslutande diskussion. Vad är det som skiljer i förutsättningarna mellan försöken.

Blad 3 – Kraftdetektiv Blad 4 – Kraftdetektiv igen

Blad 6 – Knuffa mig – dra dig Denna aktivitet förbereder elevernas lärande att krafter agerar i par. Idén är hämtad från böckerna om Dr Dolittle, där det förekommer ett ”knuff-drag”djur med huvud i båda ändarna. Ett annat exempel

KRAFTER OCH RÖRELSE – Lärarhandledning

Blad 10 – Skjuta ifrån – skateboard Detta blad introducerar tanken att krafter verkar i par. Det finns en koppling till det eleverna gjorde utifrån arbetsblad 6. Skateboarden rör sig framåt enbart eftersom skateboardåkaren skjuter ifrån bakåt. Kraften kan bildas mot marken genom friktionen mellan skosulan och golvet. (Begreppet friktion behandlas i huvudsak i arbetsblad 24-33.)

Observera säkerhetsaspekterna om eleverna genomför övningen med hjälp av riktiga skateboards. Om det görs inomhus måste man vara väldigt noggrann med att arbeta med långsamma rörelser. Om man arbetar utomhus, på hårda ytor, där eleverna kan ta mer fart, måste de ha hjälm och andra skydd.

9

Blad 1

Hitta stötarna VAD DU SKA GÖRA: En stöt är en kraft. Den kan få något att röra sig.

VAD DU BEHÖVER: • En blyertspenna

1. Försök att hitta stötarna i dessa bilder.

2. Märk ut varje stöt med en pil.

Rita pilen i den riktning som stöten verkar.

FÖRSÖK NU DETTA: En stöt kan vara svag eller stark. En stark stöt innehåller mer kraft. Ändra dina pilar.

Gör de som är starka lite längre.

Gör de som är svaga lite mindre.

KRAFTER OCH RÖRELSE – Stöta och dra

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Blad 6

Knuffa mig – dra dig VAD DU SKA GÖRA: 1. Titta på bilden. Koppla ihop armarna med en vän på samma sätt.

VAD DU BEHÖVER: • En blyertspenna • En vän

2. Försök att gå åt olika håll tillsammans. Byt riktning då och då.

3. Känn krafterna, hur en skjuter på (stöter) och den andra drar.

FÖRSÖK NU DETTA: 1. Rita ett låtsasdjur med två huvud, ett i varje ände.

2. Rita krafterna när djuret rör sig åt olika håll.

Rita krafterna som pilar.

3. Skriv ”stöt” eller ”drag” vid pilarna.

KRAFTER OCH RÖRELSE – Stöta och dra

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Blad 14

Töja ut gummiband VAD DU SKA GÖRA: 1. Placera plastflaskan i mitten på träskivan.

2. Placera gummibanden runt flaskan.

3. Dra ut varje gummiband så att det går runt en av spikarna.

VAD DU BEHÖVER: • En träskiva med fyra spikar ispikade • En plastflaska • Fyra olika långa gummiband

4. Var är nu flaskan?

5. Vilket är det starkaste gummibandet?

6. Rita vad som hände och förklara det.

KRAFTER OCH RÖRELSE – Tänj ut och tryck ihop

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Lyckad

NO

Krafter och rörelse John Stringer Lars Nilsson

Lyckad NO är en serie böcker för NO-undervisningen i de tidiga skolåren. Varje bok innehåller ett 30-tal undersökningar inom två besläktade NO-områden.

Målet är att eleverna ska uppleva NO-undervisningen lustfylld, samtidigt som de utvecklar både ämneskunskaper och färdigheter inom naturvetenskap. Undersökningarna kan genomföras i klassrummet med enkla hjälpmedel utan tillgång till avancerad NO-utrustning.

Böckerna är baserade på den utveckling av NO-undervisningen som lett till att England numera ses som ett av de ledande länderna när det gäller NO-undervisning i tidiga år. Böckerna är översatta och bearbetade till svenska förhållanden.

Krafter och rörelse Krafter är ett spännande område för den tidiga NO-undervisningen, ett område som lämpar sig väl för att introducera ett naturvetenskaplig tänkesätt för eleverna.

Magnetism och elektricitet Boken tar upp båda områdena och tittar på släktskapet mellan dem. Ett längre avsnitt ägnas åt statisk elektricitet.

Ljus och ljud Boken innehåller många enkla iakttagelseövningar för att fördjupa elevernas förståelse och kunskaper inom ämnet.

Till serien hör också en fristående lärarbok, som behandlar NO-undervisning ur ett mer övergripande perspektiv.

ISBN 978-91-40-64694-7