Mekanik - maglenydal.dk · Mekanik Morten Pærregaard 230726, Morten Bue Nydal 230921 og Mikkel Brits Sørensen 230926 Side 1 af 25 ... Eksempelvis kan en kraft beskrives med en vektor

Mekanik Eksamensrapport i liniefaget fysik/kemi

Udarbejdet af: Morten Pærregaard, 230726 Morten Bue Nydal, 230921

Mikkel Brits Sørensen, 230926

2. maj 2006 Frederiksberg Seminarium

Underviser og vejleder: Nina Troelsgaard Jensen

Mekanik Morten Pærregaard 230726, Morten Bue Nydal 230921 og Mikkel Brits Sørensen 230926

Side 1 af 25

Indholdsfortegnelse Indledning ............................................................................................................................................2 Mål .......................................................................................................................................................2 Teoriresumé til læreren ........................................................................................................................3

Newtons love ...................................................................................................................................3 Tyngdekraft......................................................................................................................................3 Gravitationsloven.............................................................................................................................3 Sted ..................................................................................................................................................3 Hastighed .........................................................................................................................................4 Acceleration .....................................................................................................................................4 Coulombs gnidningslov ...................................................................................................................4 Energisætningen...............................................................................................................................4 Arbejde.............................................................................................................................................4 Kinetisk energi .................................................................................................................................5 Potentiel energi ................................................................................................................................5 Mekanisk energi...............................................................................................................................5 Resulterende kraft ............................................................................................................................5 Vektorer ...........................................................................................................................................5

Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer ................................................................................6 Læringssyn...........................................................................................................................................6 Fagsyn ..................................................................................................................................................6 Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer...............................................................................7 Evaluering ............................................................................................................................................8 Undervisningsplan ...............................................................................................................................9 Aktiviteter ..........................................................................................................................................11

Elevforsøg 1 ...................................................................................................................................11 Elevforsøg 2 ...................................................................................................................................12 Elevforsøg 3 ...................................................................................................................................13 Elevforsøg 4 ...................................................................................................................................14 Elevforsøg 5 ...................................................................................................................................15 Elevforsøg 6 ...................................................................................................................................16 Elevforsøg 7 ...................................................................................................................................17 Elevforsøg 8 ...................................................................................................................................18 Elevforsøg 9 ...................................................................................................................................19 Elevforsøg 10 .................................................................................................................................20 Elevforsøg 11 .................................................................................................................................21 Elevforsøg 12 .................................................................................................................................22 Elevforsøg 13 .................................................................................................................................23

Litteraturliste......................................................................................................................................24 Bilag 1 ................................................................................................................................................25


Side 2 af 25

Indledning Vores udgangspunkt i forbindelse med emnevalget gik på en interesse for forbindelsen mellem sport og fysik. Vi synes, det kunne være spændende at udfordre noget af den hverdagsviden, de fleste elever har om sport og koble det sammen med fysikkens love. Vi mener umiddelbart, at der ligger et stort læringspotentiale i at vise, at begreber fra fysikkens verden kan bruges i elevernes nære hverdagsliv. Dette udgangspunkt er ikke ensbetydende med, at der kan drages paralleller mellem al undervisningen og elevernes hverdag. Men det er vores forestilling, at der kan vises eksempler på, at den fysik, de arbejder med i skolen, kan genfindes i de sportsaktiviteter, de enten selv udøver eller ser igennem forskellige medier. Emnet er tiltænkt til en 7. klasse, der lige er startet med fysik/kemi-undervisning. Der bygges altså videre på elevernes viden fra natur/teknik. Mål Vores primære mål med undervisningen er at give eleverne en forståelse for, at al bevægelse kan beskrives ved hjælp af fysikkens begreber samt en viden om kræfter, og hvordan kræfter påvirker hinanden. De skal kende begreberne hastighed, acceleration og kraft, og de skal kunne sætte dem i forhold til hinanden. Sekundært er det vores mål at introducere eleverne til abstrakt tænkning. Idet eksperimenterne tit er så forenklede, at de mister en del af forbindelsen til virkeligheden, bliver elevernes abstrakte tænkning udfordret. Som det står i formålsparagraffen for fysik/kemi skal undervisningen medvirke til udvikling af naturvidenskabelige arbejdsmetoder og udtryksformer hos den enkelte elev med henblik på at øge elevernes viden om og forståelse af den verden, de selv er en del af. Nogle af trinmålene efter 8. klassetrin er, at eleverne skal1: • anvende enkle fysiske og kemiske begreber til at beskrive hverdagens fænomener • kende til eksempler på fysisk/kemiske beskrivelser af fænomener i naturen • planlægge og gennemføre praktiske og teoretiske undersøgelser Disse mål mener vi blandt andet at vores mål kan være med til at opfylde. Vi har en forventning om, at eleverne har arbejdet med et hverdagsfænomen som tyngdekraften i forbindelse med Natur/teknik-undervisning, det er dog ikke en forudsætning. Forløbet kræver ikke særlige faglige forudsætninger, men det stiller krav til elevernes måde at arbejde og tænke på. Det er en fordel, hvis de tidligere har arbejdet med at stille spørgsmål, fremsætte forudsigelser og gennemføre eksperimenter på en måde, hvor deres begrebsverden er blevet udfordret og udviklet.

1 Fælles mål, Faghæfte 16


Side 3 af 25

Teoriresumé til læreren2 Vi har valgt ikke at beskrive teorien ved hjælp af vektorer. Dette er valgt da vi i de fleste tilfælde ikke mener der er tvivl om retningen på de udledte størrelser. Newtons love Newtons 1. lov (inertiens lov, inerti: træghed overfor bevægelsesændringer) En partikel, der ikke er påvirket af nogen resulterende kraft, vil i forhold til det anvendte inertialsystem enten være i hvile eller bevæge sig med konstant hastighed. Newtons 2. lov (kraftloven) For en genstand med massen m gælder, at

amFres ⋅= , hvor resF er den resulterende kraft på genstanden, og a er genstandens acceleration. Newtons 3. lov (loven om aktion og reaktion) To legemer påvirker altid hinanden med kræfter, der er lige store og modsat rettede. Tyngdekraft Enheden for tyngdekraftens størrelse er newton ( 2smkg N ⋅= ). Tyngdekraftens størrelse F på et legeme er proportional med legemets masse m.

mgF ⋅= Proportionalitetskonstanten g kaldes tyngdeaccelerationen og er i Danmark g = 9,82 N/kg Gravitationsloven Tyngdekraften skyldes den generelle massetiltrækning. Tiltrækningskraften mellem to legemer med masserne henholdsvis m1 og m2 er givet ved:

221

rmmGF ⋅

⋅=

Her er r afstanden mellem de to legemers massemidtpunkter (tyngdepunkter), og G (gravitationskonstanten) er en naturkonstant. Det gælder

Sted Enheden er meter (m). Er legemets konstante acceleration a, startposition 0s og starthastighed 0v til tiden t = 0, er stedfunktionen: ( ) 2

21

00 tatvsts ⋅⋅+⋅+= => Galileis faldlov: 2

21 tgs ⋅⋅= , hvor t er tiden målt i sekunder, g er tyngdeaccelerationen og s er

faldlængden i meter.

2 Holck, Per m.fl.

2

211

kgmN1067,6 ⋅

⋅= −G


Side 4 af 25

Er legemets acceleration a = 0, konstante hastighed 0v og startposition 0s til tiden t = 0, er stedfunktionen: ( ) tvsts ⋅+= 00 Hastighed Enheden er meter pr. sekund (m/s). Hastigheden ( )tv er stedfunktionens differentialkvotient dvs.: ( ) ( )tstv ′= Er legemets konstante acceleration a og starthastighed 0v til tiden t = 0, er hastighedsfunktionen:

( ) ( ) tavtstv ⋅+=′= 0 Er legemets konstante hastighed 0v , startposition 0s til tiden t = 0, er hastighedsfunktionen: ( ) ( ) 0vtstv =′= Acceleration Enheden er meter pr. sekund pr. sekund ( 2sm ). Et legeme accelererer, når det ændrer hastighed. Accelerationen ( )ta er hastighedsfunktionens differentialkvotient dvs.: ( ) ( ) ( )tstvta ′′=′= Hvis et legeme har konstant acceleration a, er denne altså hældningen til et vilkårligt sted på ( )tv . Coulombs gnidningslov Et legeme, der bevæger sig hen over et underlag, møder modstand. Gnidningskraften gnidF er proportional med normalkraften NF , og det gælder at

Ngnid FF ⋅= µ , hvor µ er gnidningskoefficienten. Energisætningen Den samlede energi i et fysisk system er konstant, med mindre systemet udveksler energi med omgivelserne, eksempelvis varme. Arbejde Enheden for arbejde er joule ( mNJ ⋅= ). Når et legeme flyttes en vejstrækning s under påvirkning af en konstant kraft F, siger vi, at kraften F udfører et arbejde A på legemet. Dette arbejde defineres således: ( )ϕcos⋅⋅= sFA Hvor φ er vinklen mellem kraften retning og vejens retning. Når et legeme med massen m falder højden h, udfører tyngdekraften arbejdet: hgmA ⋅⋅= Når et legeme med massen m glider strækningen s hen over et vandret underlag med gnidningskoefficienten µ, udfører gnidningskraften arbejdet: sgmA ⋅⋅⋅−= µ Når en fjeder sammenpresses eller forlænges stykket x, udfører gnidningskraften arbejdet:

221 xkA ⋅⋅−= hvor k er fjederkonstanten.


Side 5 af 25

Når et legeme flyttes en strækning fra 1x til 2x under påvirkning af en kraft F(x), som ikke er konstant, er det arbejde, som kraften udfører, lig med arealet under kraftkurven fra 1x til 2x .

Arbejdet kan også beregnes som et intergral: ( )∫ ⋅=2

1

x

x

dxxFA

Kinetisk energi Når et legeme med massen m bevæger sig med farten v, er dets kinetiske energi:

221

kin vmE ⋅⋅= Potentiel energi Når et legeme med massen m befinder sig i højden h over bestemt niveau, er legemets potentielle energi i forhold til dette niveau:

hgmE ⋅⋅=pot Mekanisk energi Legemets mekaniske energi er summen af dets kinetiske og dets potentielle energi:

potkinmek EEE += ⇒ hgmvmE ⋅⋅+⋅⋅= 221

mek Når et legeme er under påvirkning af en fjederkraft, er fjederenergien givet ved: 2

21

fjeder xkE ⋅⋅= hvor x er den længde, fjederen er sammentrykket eller forlænget. Legemets samlede mekaniske energi er da: fjederpotkinmek EEEE ++= Resulterende kraft Den resulterende kraft på et legeme findes ved at lægge alle de kræfter der virker på legemet sammen. Dette gøres ved hjælp af vektoraddition. Vektorer Anvendes til beskrivelse af fysiske begreber, der karakteriseres både ved en størrelse og en retning. Eksempelvis kan en kraft beskrives med en vektor så man både angiver en størrelse, en retning og et angrebspunkt.


Side 6 af 25

Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer Det vil være optimalt, at der er rigelig med materialer, så dette ikke bliver en begrænsende faktor i forbindelse med elevernes eksperimenterende arbejde. Her tænkes specielt på et stort antal af forskellige kraftmålere samt en timer til hver 3.-4. elev. I forbindelse med strømkilde til timerne er det vigtig at holde sig for øje, hvad eleverne må arbejde med. Eleverne må ifølge ”El og sikkerhed i skolen”3 kun arbejde med maksimum 25 volt vekselspænding eller 60 volt jævnspænding. Endelig skal man være opmærksom på, at forsøget hvor eleverne skal løbe med en timerstrimmel, er nødt til at foregå kontrolleret. Specielt hvis det udføres i faglokalet. Læringssyn Vi har en konstruktivistisk tilgang til læring, idet vi opfatter viden som noget den enkelte elev konstruerer. Det indebærer, at eleverne er nysgerrige og interesserede i at løse deres egne kognitive konflikter. Læringen er et samspil mellem en kognitiv, en psykodynamisk samt en social, samfundsmæssig proces. Det er et gensidigt forhold mellem eleven og omverdenen og forudsætter, at eleven bliver forstyrret i dennes nuværende opfattelse og får mulighed for at opnå ny erkendelse4. For at lære er det vigtigt, at eleven kan rette sin opmærksomhed mod det der er interessant og fastholde koncentrationen på dette5. Ligeledes skal eleven være bevidst om sin egen læring som en forudsætning for at udvikle sig – altså at have viden om og forståelse for hvordan man lærer bedst. Denne evne til at være refleksiv og at undre sig styrker elevens læring6. Derfor må undervisningen tage udgangspunkt i eleverne og i noget der er relevant for dem. For at opnå denne relevans og opmærksomhed er det derfor vigtigt at eleverne i videst muligt omfang opnår medbestemmelse og inddrages aktivt i planlægning, gennemførelse og evaluering af undervisningen. Lærerens opgave er med baggrund i samspillet mellem den kognitive, den psykodynamiske og den sociale, samfundsmæssige dimension at støtte og vejlede eleverne i deres forsøg på at tilegne sig viden samt sørge for at undervisningens rammer understøtter læringen. Fagsyn Vi ser fysik/kemi-undervisningen som en del af elevens almendannelse og støtter os i den forbindelse op af Svein Sjøbergs 4 argumenter:

1. Økonomiargumentet: Fysik/kemi som forberedelse til arbejde og uddannelse i et højteknologisk og videnskabsbaseret samfund.

2. Nytteargumentet: Fysik/kemi til praktisk mestring af dagliglivet i et moderne samfund.

3 El- og vvs-branchens uddannelsessekretariat 4 Illeris 5 Hansen 6 Illeris


Side 7 af 25

3. Demokratiargumentet: Fysik/kemi som vigtig kundskab til kvalificeret meningsdannelse og ansvarlig deltagelse i demokratiet.

4. Kulturargumentet: Fysik/kemi som en vigtig del af menneskets kultur7. I et hensigtsmæssigt undervisningsforløb veksles der mellem teoretisk og praktisk arbejde, for at give eleven mulighed for at afprøve sin viden og for at skabe erfaring og erkendelse. Denne vekselvirkning kan eksempelvis startes med et teoretisk oplæg som så efterprøves i praksis eller eleverne kan i praksis udforske et teoretisk område, som så afklares teoretisk efterfølgende. Ligeledes bør der veksles mellem selvstændigt arbejde og arbejde i grupper for at tilgodese og udvikle den enkelte elevs måde at lære på. Når eleverne skal lave forsøg er der en række sikkerhedsmæssige overvejelser der spiller ind. Vi mener ikke, at det altid er forsvarligt at lave forsøg, hvor eleverne udelukkende selv eksperimenterer og ligeledes mener vi heller ikke, at forsøg skal laves ud fra deciderede opskrifter, hvor eleven ikke har mulighed for at undres og for at undersøge. Optimalt bør eleverne i sikre rammer kunne eksperimentere og derfor vil vi som udgangspunkt styre forsøgene, så potentielle risici undgås, men hvor eleverne stadig har mulighed for engageret at undersøge og opdage. Vi ønsker derfor at lave forsøgsvejledninger der er så åbne som muligt, så eleverne har mulighed for at konstruere deres egen viden ud fra de undersøgelser de laver. Vi mener at det er vigtigt, at eleverne har mulighed for på forskellige måder at samle op på den viden de behandler. Det kan være gennem debat i klassen, via forskellige evalueringsformer – både individuelt og i større grupper. Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer I fysik/kemi-undervisningen er det ikke i alle aspekter at eleverne kan inddrages aktivt i planlægningen, gennemførelsen og evalueringen. Således er nogle ting givet på forhånd mens eleverne med fordel kan inddrages i andre sammenhænge. Vi har på forhånd valgt hvilke forsøg eleverne skal lave i undervisningsforløbet fordi vi som lærere har det overordnede ansvar for undervisningens tilrettelæggelse og for at vi følger de angivne nationale mål som er givet i Fælles Mål. Derfor udvælger vi forsøgene og skaber en rød tråd gennem dem. Vi vil også vælge hvordan eleverne skal arbejde, om det skal være i grupper eller individuelt, på baggrund af vores kendskab til elevernes sociale og faglige kunnen. Fysik/kemi-faget er gennem Fælles Mål bundet op på naturvidenskabelige arbejdsmåder. Arbejdsmådernes slutmål for eleverne er:

• Identificere og formulere relevante spørgsmål, samt opstille enkle hypoteser. • Planlægge, gennemføre og vurdere undersøgelser og eksperimenter. • Vælge udstyr, redskaber og hjælpemidler, der passer til opgaven.

Vores undervisning skal hjælpe eleverne til at beherske disse arbejdsmetoder. Eleverne får mulighed for gennem forsøgene at stille relevante spørgsmål og hypoteser ligesom de også skal planlægge, gennemføre og vurdere deres forsøg både alene og sammen med flere. Endelig vil eleverne på grund af flere åbne forsøgsopstillinger selv skulle vælge materialer og udstyr.

7 Sjøberg


Side 8 af 25

Vi vil gerne have at eleverne tager noter mens de udfører forsøg, men også under debat og samtaler. Noterne kan noteres i deres kladdehæfter. Det er nødvendigt at alle, og ikke bare én fra en gruppe, noterer vigtige pointer og forsøgsresultater. For at hjælpe læreren vil vi i vores elevforsøg lave en ”lærer-boks” som indeholder forslag til hvordan man kan inddrage forsøgene i samtaler med eleverne. Evaluering Vi mener, at det ville være oplagt at benytte et begrebskort til, at evaluere efter dette undervisningsforløb enten enkeltvis eller i grupper. Emnet kan også startes op med at eleverne laver et begrebskort for at synliggøre elevernes forforståelse inden for emnet, og på den måde danne grundlag for den videre undervisning. Begrebskort er en planche, der viser elevernes tanker, sprog og begreber og de forståelsesmæssige sammenhænge.8 For en konkret beskrivelse af anvendelsen af begrebskort, samt et eksempel henvises til bilag 1. Pædagogisk kan begrebskort blandt andet bruges på følgende måder9:

• Det er en god og hurtig metode til at få kortlagt elevernes forhåndsviden om et emne, og hvordan de forestiller sig forskellige sammenhænge. På den måde, kan begrebskort danne grundlag for lærerens detailplanlægning af undervisningen, og samtidig bruge kortene som et redskab, til at synliggøre elevernes forforståelser og medtænke dem i overvejelserne omkring læringsforudsætningerne.

• Begrebskort kan også anvendes efter et forløb, som en evaluering af arbejdet. Både lærer og elever kan bruge denne evaluering, og på denne måde bliver delelementet vurdering bragt i spil.

• Endelig kan begrebskort også bruges som udgangspunkt for at diskutere begreber og sammenhænge samt som en træning hos eleverne i at argumentere for egne synspunkter, og for at forstå andres.

Vi mener det er interessant, at man kan bruge det samme redskab, til opbygning af undervisningen og evaluering af denne. Det er en fordel, idet eleverne stifter bekendtskab med samme arbejdsmetode både i starten og slutningen af et forløb, og det kan være med til at give eleverne et klart billede af deres egen læring. Vi er dog opmærksomme på, at når vi bruger begrebskort som evalueringsværktøj, er der en risiko for, det kun er begreber vi underviser i. Evalueringen må ikke medvirke til at indsnævre perspektivet for undervisningen. Sammenholdt med vores mål for undervisningen vil det være oplagt at fokusere på sammenhængen mellem hastighed, acceleration og kraft. Disse begreber vil vi udlevere eller lade fremgå af en begrebsliste sammen med begreber som tyngdekraft, resulterende kraft og friktion. Enhedsbegreber som m/s, 2sm og Newton vil ligeledes være naturlige at tage med på en sådan begrebsliste. I en opsamlende dialog om begrebskortene mener vi derudover, det er muligt at få et indtryk af, om eleverne kan beskrive fænomener fra deres hverdag ved hjælp af deres nye erfaringer. Som beskrevet bliver der i forsøgsvejledninger lagt op til samtaler efter hvert forsøg. Ud fra disse mener vi, at vi også løbende er i stand til at evaluere elevernes øgede viden om og forståelse af den verden, de selv er en del af.

8 Bering, Lisbeth m.fl. 9 Bering, Lisbeth m.fl.


Side 9 af 25

Undervisningsplan Vores undervisningsforløb gennemgås nu med de valgte elevforsøg. Først er der en oversigt med elevforsøg, formål og bagvedliggende teori for at skitsere progressionen i undervisningen. Der er ikke lavet en egentlig inddeling i forhold til lektioner, da man som lærer på den måde selv kan prioritere hvor man vil vægte at gå i dybden med elevernes eventuelle læringsmæssige vanskeligheder. Forsøg 1-5 er valgt således, at de giver en grundlæggende forståelse for hvad en kraft er, hvordan den virker alene og i samspil med andre kræfter. Forsøg 6-9 er valgt for at indføre begreberne hastighed og acceleration, samt se på hvilke kræfter der påvirker en bevægelse positivt og negativt. Forsøg 10 og 11 er medtaget for at give eleverne en uddybning af gnidningskraften. Endelig giver forsøg 12 og 13 et kort indblik i, hvad de begreber, eleverne har arbejdet med, også kan bruges til at beskrive. Dette er tænkt som et springbræt til videre arbejde med emnet på et senere tidspunkt. Forsøgene knyttes til eksempler fra elevernes hverdag, så deres interesse for emnet bliver vakt, og fagbegreberne bliver knyttet til velkendte ting fra elevernes hverdag. Alle forsøgene skal udføres af eleverne, både fordi vi mener, at de lærer mere ved selv at udføre dem, og fordi et af målene med forløbet er, at de skal kunne sætte tingene i forhold til hinanden, og dette bedst lader sig gøre, hvis eleverne selv arbejder med begreberne i praksis. Aktiviteter Formål Teori Elevforsøg 1 Hvor stor er kraften én newton?

At gøre eleverne bekendte med en kraftmåler samt give fornemmelse af størrelse på forskellige kræfter og hvad de kan udrette.

Newtons gravitationslov

Elevforsøg 2 Hvor stor er tyngdekraften på ét kilogram?

At gøre eleverne bekendte med tyngdekraften, samt hvilken størrelse og betydning den har. Indfører begrebet tyngdeacceleration.

Tyngdekraften

Elevforsøg 3 Når der virker flere kræfter

At gøre eleverne bekendte med den resulterende kraft.

Resulterende kraft

Elevforsøg 4 Vi kan finde den resulterende kraft

At gøre eleverne i stand til at finde den resulterende kraft ved hjælp af krafternes parallelogram.

Resulterende kraft

Elevforsøg 5 Pedalkraften bliver til cykelkraft

At gøre eleverne bekendte med overførsel af kræfter.

Overførsel af kræfter, tyngdekraften

Elevforsøg 6 Vi måler i hundrededele af et sekund

At gøre eleverne bekendte med en timer samt begreberne hastighed og gennemsnitshastighed og udregning af denne.

Sted, hastighed og acceleration


Side 10 af 25

Elevforsøg 7 Hvor stor en acceleration kan du klare?

At gøre eleverne bekendte med begrebet acceleration og bestemmelse af denne i forbindelse med forsøg med timer.


Elevforsøg 8 Luftmodstand

At give eleverne en forståelse for luftmodstandens betydning når legemer bevæger sig.

Coulombs gnidningslov

Elevforsøg 9 Det frie fald er en accelereret bevægelse

At give eleverne en fornemmelse af accelerationen og hvad den betyder når et legeme foretager et frit fald. Derudover skal de kunne beregne legemets hastighed til forskellige tidspunkter og sammenholde disse med hastigheder udregnet teoretisk. Endelig skal der redegøres for fejlkilder i forsøget.


Elevforsøg 10 Hvad er friktion?

At give eleverne en forståelse for friktion og dens betydning.


Elevforsøg 11 Hvor stor er friktionen?

At gøre eleverne i stand til at bestemme friktionens størrelse.


Elevforsøg 12 Hvad afhænger den potentielle energi af?

At give eleverne en fornemmelse af hvad potentiel energi er, og hvad den afhænger af.

Potentiel energi

Elevforsøg 13 Kinetisk energi

At give eleverne en fornemmelse af hvad kinetisk energi er, og hvad den afhænger af

Kinetisk energi


Side 11 af 25

Aktiviteter10 Elevforsøg 1

Hvor stor er kraften én newton? Formål: At gøre eleverne bekendte med en kraftmåler samt give fornemmelse af størrelsen på

forskellige kræfter og hvad de kan udrette. Åben forsøgsopstilling:

Udførelse: • Hvor stor en kraft skal der til for at trække en sytråd over? • Hvor stor kraft skal der til, for at trække to tråde over? • Hvordan går det med elastikker?

• Hvor godt sidder et hår fast i hovedbunden? • Prøv med forskellige personer, så I kan se, om hårene sidder lige godt fast hos alle.

• Med hvor stor kraft kan I trække med det yderste led af lillefingeren?

• Er 1 N en stor eller lille kraft?

10 Bogetoft og Henriksen

Forskellige kraftmålere Sytråd Elastikker

Materialer

Det er en god ide at komme med eksempler fra forskellige sportsgrene hvor kræfter bruges til forskellige opgaver. Expander (genstand ændrer form), fodbold (genstand ændrer fart) og tennis (genstand, der bevæger sig, ændrer retning)

Til læreren


Side 12 af 25

Elevforsøg 2

Hvor stor er tyngdekraften på ét kilogram? Formål: At gøre eleverne bekendte med tyngdekraften, samt hvilken størrelse og betydning

den har. Indfører begrebet tyngdeacceleration.

Forsøgsopstilling:

Udførelse: • Hvor stor en kraft skal en kraftmåler yde for at bære et 1 kg-lod?

• Hvor stor bliver kraften ved et lod på 500 gram og et på 2 kg?

• Tyngdekraften på 1 kilogram svarer til en størrelse vi kalder tyngdeaccelerationen. Hvor stor må

denne tyngdeacceleration altså være?

• Kan du finde sammenhængen mellem tyngdeaccelerationen, massen og tyngdekraften?

Forskellige kraftmålere Nogle lodder, bl.a. et 1 kg-lod

Materialer

Det er en god ide at komme med eksempler fra forskellige sportsgrene hvor kræfter bruges til forskellige opgaver. En vægtløfter skal eksempelvis overvinde tyngdekraften for at løfte vægtstangen op.

Til læreren


Side 13 af 25

Elevforsøg 3

Når der virker flere kræfter Formål: At gøre eleverne bekendte med den resulterende kraft. Forsøgsopstilling: Udførelse: • 1-kg-loddet er påvirket af i alt tre kræfter.

• Tegn en skitse af opstillingen og indtegn alle tre kraftpile. Forklar virkningen af kræfterne på 1

kg-loddet.

Samtale om sum af flere kræfter og den resulterende kraft. (eks. bobslæde)

Til læreren

2 kraftmålere 1 kg-lod Snor Forsøgsstativ

Materialer


Side 14 af 25

Elevforsøg 4

Vi kan finde den resulterende kraft

Formål: At gøre eleverne i stand til at finde den resulterende kraft ved hjælp af krafternes parallelogram.

Forsøgsopstilling: Udførelse: • Tegn tre vilkårlige retninger ud fra ét punkt på et stykke papir.

• Sæt tre kraftmålere sammen og træk ud i de retninger, der er indtegnet på papiret. Sørg for at

kraftmålernes samlingspunkt ligger lige over liniernes skæringspunkt.

• Aflæs og skriv ned, hvor mange newton der trækkes med i de forskellige retninger.

• Indtegn kræfterne 1F , 2F og 3F som kraftpile. Kraftpilene skal have deres angrebspunkt i liniernes skæringspunkt.

• Vælg to af kræfterne, f.eks. 2F og 3F , og tegn kræfternes parallelogram for disse to kræfter.

• Hvad er den resulterende kraft, der kan erstatte disse to kræfter.

• Sammenlign denne resulterende kraft med den sidste kraft, 1F . Hvilken retning har disse to kræfter og hvor store er de?

Samtale om kræfternes parallelogram. Tal om ensrettede og modsatrettede kræfter.

Til læreren

3 kraftmålere Papir

Materialer


Side 15 af 25

Elevforsøg 5

Pedalkraften bliver til cykelkraft Formål: At gøre eleverne bekendte med overførsel af kræfter.

Forsøgsopstilling:

Udførelse: • Sæt gearet på cyklen i et af de mellemste gear, og fastgør en kraftmåler bag sadlen. Stil

pedalarmene vandret og hæng et 2 eller 5 kg-lod på den forreste pedal. • I forsøget er pedalkraften lig med tyngdekraften på loddet. Hvad er størrelsen af pedalkraften? • Du kan nu måle cykelkraften. Det er den kraft, som dækket på baghjulet skubber mod jorden

med. Den kan du måle med kraftmåleren, der hindrer cyklen i at køre fremad. Husk, at pedalarmen med loddet skal være vandret.

• Prøv at udvide forsøget ved at måle cykelkraft i forskellige gear. Indsæt jeres tal i skemaet.

Gear Cykelkraft

• Kan man ud fra resultaterne se, hvorfor en cykelrytter ofte skifter til et lavere gear i en spurt?

Cykel med udvendigt gear Kraftmåler 2 eller 5 kg-lod

Materialer

Tal med eleverne om gearene på en cykel. Lad dem eventuelt tælle hvor mange tænder der er på tandhjulene og lad dem komme med betragtninger om forholdet mellem tænderne på forreste og bageste tandhjul.

Til læreren


Side 16 af 25

Elevforsøg 6

Vi måler i hundrededele af et sekund Formål: At gøre eleverne bekendte med en timer samt begreberne hastighed og

gennemsnitshastighed og udregning af denne.

Halvåben forsøgsopstilling:

Udførelse: • Sæt den ene ende af timerstrimlen ind i timeren, og tag fat i strimlen. Lad en kammerat starte

timeren og træk til.

• Timeren satte en prik på strimlen for hvert 1/100 sekund, så når du har talt op, hvor mange prikker, der er på strimlen, så ved du, hvor langt tid det tog at hive strimlen ud af timeren.

• Hvor mange sekunder tog det at hive strimlen ud? • Hvor lang var strimlen?

• Udregn gennemsnitshastigheden. Hvem har den højeste gennemsnitshastighed?

Strømforsyning Ledninger Timer Ca. ½ meter timerstrimmel

Materialer

Tal med eleverne om tidsmåling i forskellige idrætsgrene. Hvor stor nøjagtighed er nødvendig i et 100 meter løb? Begrebet hastighed knyttes til begrebet fart.

Til læreren


Side 17 af 25

Elevforsøg 7

Hvor stor en acceleration kan du klare? Formål: At gøre eleverne bekendte med begrebet acceleration og bestemmelse af denne i

forbindelse med forsøg med timer. Halvåben forsøgsopstilling:

Udførelse: • Timerstrimlen trækkes gennem timeren og fastspændes omkring livet. Der skal være ca. 2 m

strimmel, der kan løbe gennem timeren. Timeren startes og løberen kan herefter selv vælge starttidspunktet.

• Bagefter findes et punkt så tæt på startpunktet som muligt med punkterne klart adskilte. Her kan hastigheden sættes lig nul.

• Fra dette nulpunkt skal du finde det punkt på timerstrimlen der ligger 1 sekund længere fremme. • Derefter bestemmes hastigheden ved dette punkt.

• Nu kan du udregne din egen acceleration. Hvor stor er den? • Hvem har den største acceleration i klassen?

• Det vi har fundet er det man kalder middelaccelerationen. Det er ikke sikkert du har haft samme

acceleration hele tiden. Dette kan undersøges yderligere. • Prøv om du kan opstille et skema der fortæller hvad din hastighed var efter 0,1 sek., efter 0,2

sek., efter 0,3 sek. osv. op til 1 sek.

Strømforsyning Ledninger Timer Ca. 3 meter timerstrimmel

Materialer

Tal om acceleration, konstant fart og deceleration. Tal med eleverne om deres acceleration har været konstant. Hvordan vil en fartkurve over et 100 m-løb f.eks. se

Til læreren


Side 18 af 25

Elevforsøg 8

Luftmodstand Formål: At give eleverne en forståelse for luftmodstandens betydning når legemer bevæger sig.

Åben forsøgsopstilling:

Udførelse: • Prøv at slippe et stykke stanniolpapir og et 100 g-lod samtidig fra samme højde.

• Hvilket rammer gulvet først? Kan du give en forklaring på dette resultat?

• Krøl nu stanniolpapiret sammen til en lille kugle og gentag forsøget.

• Hvordan falder de nu?

Stanniolpapir 100 g-lod

Materialer

Tal om luftmodstand og dennes indvirkning (eks. faldskærmsudspring) samt om fald i lufttomt rum (eks. fjer/bly på månen).

Til læreren


Side 19 af 25

Elevforsøg 9

Det frie fald er en accelereret bevægelse Formål: At give eleverne en fornemmelse af accelerationen og hvad den betyder når et legeme

foretager et frit fald. Derudover skal de kunne beregne legemets hastighed til forskellige tidspunkter og sammenholde disse med hastigheder udregnet teoretisk. Endelig skal der redegøres for fejlkilder i forsøget.

Forsøgsopstilling:

Udførelse: • Du skal lade et 1 kg-lod falde. Loddet er så lille og dog så tungt, at luftmodstanden ikke når at

bremse loddet på det lille stykke, det skal falde. Derfor kan vi opfatte loddets fald som ”et frit fald”.

• Sæt timeren op i nogle lange stativstænger som vist på billedet. Der skal være en faldlængde på ca. 1,5 m. Sørg for at loddet ikke laver mærker når det rammer gulvet (læg en pude eller lignende på gulvet). Fastgør loddet til timerstrimlen og lad loddet foretage et frit fald mens timeren laver markeringer på strimlen.

• Opskriv en tabel, der viser, hvor langt loddet er faldet efter 0,1 , 0,2 , 0,3 , 0,4 og 0,5 sekunder. (husk: timeren sætter en prik for hvert 0,01 sekund)

• Kan du ud fra resultaterne finde ud af, hvor langt loddet falder på 1 sekund?

• Nu skal du finde ud af hvad hastigheden var ved 0,1 , 0,2 , 0,3 , 0,4 og 0,5 sekunder. For at udregne loddets hastighed efter 0,1 sekund, dvs. ved prik nr. 10, måler du afstanden mellem prik nr. 9 og prik nr. 11. Det er vejlængden, som loddet er faldet i løbet af 0,2 sekunder. Hastigheden ved prik nr. 10 er derfor denne vejlængde divideret med 0,02 sekunder. Udregn på samme måde hastigheden efter 0,2 , 0,3 , 0,4 og 0,5 sekunder og opskriv dem i tabellen (husk: afstanden måles i meter).

Strømforsyning Ledninger Timer Ca. 1,5 meter timerstrimmel 1 kg-lod

Materialer

Tal om sammenhæng mellem faldlængde og tid. Introducer evt. Galileis faldlov 2½ tgs ⋅⋅= . Hvor lang tid tager forskellige fald (eks. tab fra Rundetårn) og hvor stor er hastigheden ved nedslag.

Til læreren


Side 20 af 25

Elevforsøg 10

Hvad er friktion? Formål: At give eleverne en forståelse for friktion og dens betydning. Åben forsøgsopstilling:

Udførelse: • Du skal undersøge, hvilken af klassens skosåler, der har den største friktion på et trægulv.

Anbring forskellige sko på et bræt som vist på tegningen. For skoen med størst friktion kan brættet vippes mest, før skoen glider ned ad brættet.

• For hver sko skal du måle, hvor højt brættet kan løftes, før skoen glider ned.

Bræt på ca. 1 meter Forskellige sko

Materialer

Kom ind på friktionens betydning i sport (badminton, skøjteløb osv.)

Til læreren


Side 21 af 25

Elevforsøg 11

Hvor stor er friktionen? Formål: At gøre eleverne i stand til at bestemme friktionens størrelse. Åben forsøgsopstilling:

Udførelse:

• Du skal undersøge friktionen på forskellige underlag. • Brug en kraftmåler til at trække klodsen med konstant hastighed. Mål kraftens størrelse, når

underlaget er en bordplade eller et stykke sandpapir. • Vi kan måle friktionens/gnidningskraftens størrelse på denne måde, da klodsen først vil bevæge

sig, når kraften, du trækker med, er mindst lige så stor som gnidningskraften. • Prøv om du kan måle friktionen mellem et cykeldæk og vejbelægningen.

Kom ind på friktionens betydning i trafikken (bremseklodser, bremselængde, aqua-planing osv.)

Til læreren

Træklods med øje Kraftmåler 1 kg-lod Sandpapir

Materialer


Side 22 af 25

Elevforsøg 12

Hvad afhænger den potentielle energi af? Formål: At give eleverne en fornemmelse af hvad potentiel energi er, og hvad den afhænger af. Halvåben forsøgsopstilling:

Udførelse:

• Anbring 3 ens søm i polystyrenklodsen med sømhovederne lige højt over blokken. • Lodderne anbringes i rør over sømmene. • I første forsøg er loddernes masse forskellig, men faldvejen ens. • Slip lodderne og mål, hvor meget sømmene er trykket længere ned end kontrolsømmet. Indfør

resultatet i skemaet.

Loddets masse Faldvej Nedtrykket Jernlod 20 cm Aluminiumslod 20 cm

• Gentag forsøget. Denne gang med samme masse, men med forskellig faldvej.

Loddets masse Faldvej Nedtrykket Aluminiumslod 20 cm Aluminiumslod 40 cm

Jernlod Aluminiumslod Plastrør, 20 og 40 cm Polystyrenklods (flamingoklods) Søm

Materialer

Tal f.eks. om en udspringers potentielle energi når han står på vippen i svømmehallen. Hvad mon den potentielle energi afhænger af?

Til læreren


Side 23 af 25

Elevforsøg 13

Kinetisk energi Formål: At give eleverne en fornemmelse af hvad kinetisk energi er, og hvad den afhænger af. Halvåben forsøgsopstilling:

Udførelse:

• Du skal undersøge, hvilken betydning hastigheden har for rulleskøjtevognens energi. • Fastgør polystyrenklodsen med en skruetvinge eller ved at lægge nogle tunge jernklodser bag

den. • Når rulleskøjtevognen køre ned ad et bræt, opnår den en hastighed. Hastigheden kan forøges

ved at hæve brættet. Vejlængden skal være den samme i alle forsøgene. • Først skal du lade rulleskøjtevognen løbe ned ad brættet med en lille hældning. Find på en

metode til at måle hvor langt sømmet er blevet nedtrykket. Sømmet skal sættes i klodsen et nyt sted efter hvert forsøg, og sømhovedet skal være lige langt fra klodsen hver gang. Skriv resultaterne i skemaet.

• Nu skal du lade rulleskøjtevognen løbe ned ad et bræt med en større hældning. • Endelig skal du gøre rulleskøjtevognens masse større og lade den løbe ned ad et bræt med

samme hældning som i det andet forsøg.

Forsøg Vognens masse Hældning Nedtrykket 1 2 kg Lille 2 2 kg Stor 3 4 kg Stor

Rulleskøjtevogn Polystyrenklods (flamingoklods) Søm Jernklodser el. skruetvinge Bræt

Materialer

Tal f.eks. om en løbers kinetiske energi når hun løber med fuld fart. Hvad med et kørende tog. Hvad mon den kinetiske energi afhænger af?

Til læreren


Side 24 af 25

Litteraturliste Bering, Lisbeth og Kith Bjerg Hansen - Tanker, sprog og begreber - Kaskelot 01, 1996 Bogetoft, Poul – Fysikemi 3, kopimappe - Nyt Nordisk Forlag, 1996 El- og vvs-branchens uddannelsessekretariat – http://www.el-uddannelse.dk/folkeskole/download/eoss.pdf Fælles Mål, Faghæfte 16 - Fysik/kemi, 1.udgave, 1.oplag, 2004 - Undervisningsministeriets forlag Hansen, Mogens – Børn og opmærksomhed, 3.udgave – Gyldendal, 2004 Henriksen, Henning – Der er sport i fysik, Ny fysik/kemi Tema – Nordisk forlag, 2000 Holck, Per m.fl. – Orbit B htx – Forlaget Systime, 2005 Illeris, Knud – Læring, 1.udgave, 5.oplag - Roskilde Universitets forlag, 2004 Sjøberg, Svein – Naturfag som almendannelse – Klim, 2005 Troelsgaard, Nina – Klassisk Mekanik, Kompendium – Frederiksberg Seminarium, 2002 Undervisningsministeriet - http://www.uvm.dk/fsa/janus/eks/220/sbilagc.htm


Side 25 af 25

Bilag 1 Ved et begrebskort forstås almindeligvis en planche, der viser sammenhænge mellem begreber. Sammenhængene har benævnelser i form af relationsudtryk, der fortæller noget væsentligt om forholdet mellem de sammenknyttede begreber. Der er ofte tale om en hierarkisk ordning, dvs. overordnede og underordnede begreber; på eksemplet herunder er det overordnede begreb ”vand”. Eksempel på begrebskort11:

11 Undervisningsministeriet

(Kortene skal altid læses oppefra og ned – begreberne er hierarkisk ordnet.)

Et eksempel på et begrebskort, der viser ”vand” og nogle tilknyttede begreber samt nogle relationer udtrykt i ”sætninger”.

Documents

Mekanik - maglenydal.dk · Mekanik Morten Pærregaard 230726, Morten Bue Nydal 230921 og Mikkel Brits Sørensen 230926 Side 1 af 25 ... Eksempelvis kan en kraft beskrives med en vektor