Noen timer, eller gjerne en hel dag alt etter hvor mange aktiviteter du velger å ha med
Fysikk på lekeplassen
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
En lekeplass er et egnet uterom for å lære fysikk. På lekeplassen oppleves fysikkens grunnleggende lover med hele kroppen.
Aktivitetene Fysikk på lekeplassen kan inngå som en del av hovedområdene Forskerspiren og Fenomener og stoffer i de nye læreplanene. Arbeidsmetodene passer også for utvikling av grunnleggende ferdigheter.
Mange av aktivitetene kan utføres av selv ganske små barn (barnehage), men lista kan legges så høyt man vil. Aktivitetene inkluderer også mer omfattende målearbeid og analysearbeid tilpasset elever i ungdoms- og videregående skole.
I disse aktivitetene, enda så enkle de er, finnes det massevis av fysikk. Når elevene har forstått huskens bevegelser, har du ikke bare lagt et godt fundament for forståelsen av Newtons lover, men også for andre områder innen fysikken.
Start aktivitetene med tankeeksperimenter. Ta utgangspunkt i bildene eller enda bedre, ta dine egne bilder og la elevene lage sine egne hypoteser om hva som skjer. Tenk på at en hypotese er en gjetning basert på forskjellige erfaringer. Det er tillatt å stille feil hypoteser det er kanskje da vi lærer mest!
Det er laget aktiviteter til følgende lekeapparater:
Aktivitetene i huskene på lekeplassen, enda så enkle de er, inneholder massevis av fysikk. Når elevene har forstått huskens bevegelser, har du ikke bare lagt et godt fundament for forståelsen av Newtons lover, men også for andre områder innen fysikken.
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
Start aktiviteten med et tankeeksperiment. Tenk igjennom hva som skjer, hvordan og hvorfor det skjer, FØR dere går igang med aktivitetene. Elevene kan lage sine egne hypoteser og finne måter for hvordan de selv kan undersøke om de er gode hypoteser eller ikke.
Sett deg i husken og "ta fart". Lukk øynene et øyeblikk og kjenn vekslingen mellom fram og tilbake, tung og lett.
Når kjenner du deg lett?
Når kjenner du deg tung?
Hvis lekeplassen har mer en én huske, kan du sette to husker i sving samtidig. To elever går sammen og drar ut hver sin huske like langt og slipper dem samtidig.
Fortsetter huskene å huske sammen?
Å huske sammen på denne måten, når huskene svinger i takt, kalles av og til for å tvillinghuske.
Kan du tvillinghuske med en tom huske? Klarer du det når du bare lar husken svinge, uten at du selv gjør noe for å opprettholde svingingen?
Kan du tvillinghuske stående med en tom huske? Klarer du det når du bare lar husken svinge, uten at du selv gjør noe for å opprettholde svingingen?
To elever går sammen og drar ut hver sin huske, men ikke like langt. Huskene slippes samtidig.
Kommer de tilbake samtidig? Hvis ikke, hvilken huske kommer tilbake først, den som ble dratt lengst ut, eller den som ble dratt kortest ut?
Nå kan to elever prøve å tvillinghuske med hver sin huske. De må bruke kropp og bein slik at huskene får fin fart. Når elevene får til å tvillinghuske, skal de slutte å bruke kroppen og beina på likt, slik at utslagene huskene gjør blir mindre og mindre.
Fortsetter huskene å tvillinghuske når begge sitter?
Hva skjer hvis den ene eleven sitter og den andre står?
Faglig forklaring
Når du sitter på husken, kan du kjenne presset fra husken på deg mot baken og baksiden av lårene dine. Husken virker på deg med en kraft. Samtidig virker tyngden på deg. Du er med andre ord utsatt for to krefter. Så lenge husken er i ro, er disse kreftene like store. Tyngden din forandrer seg ikke, den er konstant. Når du har fått fart på husken, vil kraften fra husken på deg variere med farten. Dette kan du kjenne ved at presset fra husken på deg blir større og mindre. Når farten øker, øker presset fra husken på deg. Når farten minker, minker presset fra husken på deg. Når kraften øker, føler du deg tyngre på grunn av farten. Når kraften minker, føler du deg lettere.
Tyngden din har ikke noe å si for farten til husken, men det krever mer kraft å dytte eller dra ut en huske med en tung person like langt som en huske som er tom. Derfor kan en tung og en lett person tvillinghuske sammen uten å gjøre noe for å opprettholde svingningen, en liten stund. Ved å tilpasse hvor mye man tar i går det helt fint å tvillinghuske med en tom huske eller med venner. Se bildet av barna. Større barn kan prøve å tvillinghuske uten å bruke kroppen eller beina. Hvis man ikke gjør noe for å opprettholde svingningen, vil utslagene blir mindre og mindre og husken vil etter hvert stoppe helt opp. Dette skyldes luftmotstand og friksjon i opphengspunktene. Ved hvert utslag stjeler luftmotstanden og friksjonen litt av energien slik at utslagene blir mindre for hver gang. Elevene oppdager at utslagene blir fortere mindre for en som står enn for en som sitter og at de også blir fortere mindre for en tung enn for en lett person. Luftmotstanden er større for en som står enn for en som sitter og friksjonen er større for en tung enn for en lett person.
Kommentarer/praktiske tips
En huske fungerer som en pendel, se aktiviteten Husker II. For små utslag, mindre enn ca. 20 grader, har ikke utslaget noe å si for tiden det tar for huskene å komme tilbake til utgangspunktet. For større utslag, vil den husken som er trukket lengst ut bruke mindre tid. Man kan fundere over hvorfor det er slik. Husken som er trukket lengst ut har jo lengre vei å gå? Men fartsøkningen som følge av den bratte banen er stor nok til at husken bruker kortere tid.
Huskene på lekeplassen er ideelle for å lære fysikk. I denne aktiviteten bruker du husken for å lære noe om pendelen og dens svingninger.
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
Galileo Galilei eksperimenterte med pendler allerede i 1602. Han hadde observert at lysekronene i kirken i Pisa svingte fram og tilbake. Han måtte sette opp et eksperiment hvor han kunne endre en og en parameter om gangen (utslaget, lengden, tyngden til kula). Hans hypotese var at svingetiden til en pendel er uavhengig av utslaget.
Mens en elev husker, kan de andre få prøve seg på å måle den tiden det tar fra husken er i et ytterpunkt til husken er tilbake på samme sted. Dette er svingningens periode. Man kan måle fra hvilket punkt man vil, for eksempel det laveste punktet, men da må man ikke glemme at husken er tilbake i det laveste punktet etter bare en halv periode. La en annen elev få prøve å huske etter en stund. Elevene kan diskutere seg imellom og bli enige om ved hvilket utslag de vil starte målingene.
Sett en tom huske i sving. Husken fungerer nå som en pendel. Elevene kan gjøre og tenke igjennom følgende:
Test Galileos hypotese. En elev drar husken ut, mens en annen måler utslaget med en gradskive (5, 10, 15, 20, 25, 30 grader). En tredje elev kan måle perioden. Før resultatene opp i en tabell som vist under. Stemmer hypotesen?
Blir svingetiden kortere eller lengre når utslaget øker? Hvorfor?
Kan du endre hypotesen slik at den stemmer?
Hvordan vil du gå fram for å finne og teste en hypotese om hvordan utslaget avhenger av tyngden?
Utslag
grader
Periode
sekunder
5
10
15
20
25
30
Faglig forklaring
At svingetiden er uavhengig av utslaget stemmer bare for relativt små utslag. Når utslaget blir større enn ca. 20 grader, vil avvikene bli merkbare. For utslag større enn 20 grader reduseres svingetiden selv om husken går en lengre vei. Farten husken får i den første delen av fallet er så stort at husken bruker mindre tid på den lange veien. Store utslag dempes imidlertidig relativt fort slik at husken etter kort tid får et utslag mindre enn 20 grader. For å få gode målinger ved store utslag gjøres målingen med bare én svingning.
Tyngden din har ikke noe å si for utslaget, men det krever mer kraft å dytte eller dra ut en huske med en tung person like langt som en huske som for eksempel er tom. Når husken først har fått stillingsenergi, har ikke tyngden noe å si for utslaget. Dette kan man prøve ut for eksempel ved å la en elev tvillinghuske med en tom huske.
Hva er det som gjør at du kan bruke kroppen og beina dine til å få fart på en huske?
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
I denne aktiviteten skal du finne ut noe om de kreftene som virker på en huske i bevegelse.
Få husken til å svinge. Du kan selv sitte i husken og holde trappetrollet eller du kan feste det til husken som vist på bildet.
Observer hvordan lengden til trappetrollet varierer med huskens bevegelser. Hvor er lengden størst? Du kan lage en skala på trappetrollet på forhånd, eller gjøre et øyemål av lengden til trappetrollet når det er kortest og når det er lengst.
Når viser trappetrollet at kraften er størst og minst? Når er akselerasjonen størst og minst?
Hvilke krefter virker på husken i de forskjellige stillingene? Tegn et kraftdiagram for husken ved det største utslaget. Be en venn måle vinkelen til huskens største utslag mens du husker. Til dette kan dere bruke en gradskive. Diskuter hvordan observasjonen av trappetrollets lengde i denne posisjonen stemmer med det du har tegnet.
Har dere en datalogger, kan dere måle akselerasjonen med et akselerometer. Da får dere en kurve som den vist under.
Se på bildene av husken som svinger. Finn hvor på kurven bildene er tatt. Stemmer det med lengden på trappetrollet som er festet til husken?
Ta med deg en flaske halvfull av farget vann . Hold flasken mot bunnen av husken (dvs. det du sitter eller står på).
Hvordan tror du væskeoverflaten kommer til å stå mens du husker? Hvorfor?
Ta fart og husk så høyt som du tør. Hvor høyt tror du at man kan huske?
Observer en annen som husker veldig høyt. Hva skjer med stramningen av kjettingen når man husker veldig høyt?
Noen kan dytte deg slik at du får fart på husken, eller du kan bruke kroppen og beina dine. Hvordan kan du forklare at husken får fart på denne måten? Hvor kommer energien fra?
Gi fart til en tom huske. Hvor lenge kan husken huske uten at man dytter på den? Hva er det som gjør at den til slutt stanser?
Gravitasjonen spiller en viktig rolle for hvordan husken beveger seg. Hvordan ville det for eksempel være å huske på månen? Kan man huske i vektløs tilstand, som for eksempel i den internasjonale romstasjonen?
Faglig forklaring
En huskebevegelse beskriver en del av en vertikal sirkel. Gjenstander som beveger seg i vertikal sirkel blir utsatt for to krefter: tyngden og et snordrag. Summen av disse to kreftene utgjør det vi kaller sentripetalkraften. Den er rettet inn mot sentrum av sirkelen. Jo større fart husken har, jo større blir sentripetalkraften. I en huskebevegelse er sentripetalkraften størst når farten er størst, dvs. når husken beveger seg gjennom likevektspunktet, og minst når farten er minst, dvs. i ytterpuntene hvor utslaget er størst.
For å få fart på husken, må den dyttes eller dras litt ut fra det laveste punktet, likevektsstillingen. Da får den stillingsenergi. Stillingsenergien omgjøres til bevegelsesenergi idet husken slippes. Sluppet fra det ene ytterpunktet gir stillingsenergien fart till husken på vei mot det laveste punktet. På vei mot det andre ytterpunktet får husken igjen stillingsenergi.
Når du bruker kroppen og bena dine for å få enda større fart, flytter du tyngdepunktet ditt på en slik måte at du får mer stillingsenergi i ytterpunktene. I tillegg strekker du ut kroppen når husken har størst fart for å krølle den sammen når du nærmer deg ytterpunktene. På den måten får du overført noe av rotasjonsenergien til bevegelsesenergi.
Hvis man ikke gjør noe for å opprettholde farten, vil utslagene blir mindre og mindre og husken vil etter hvert stoppe helt opp. Dette skyldes luftmotstand og friksjon i opphengspunktene. Ved hvert utslag stjeler luftmotstanden og friksjonen litt av energien slik at utslagene blir mindre for hver gang.
Det går fint å huske på månen, man får ikke den samme farten, men det er sikkert gøy likevel. Derimot går det ikke an å huske i den internasjonale romstasjonen. I vektløs tilstand er det bare luftmotstanden som kan stoppe deg fra å gå hele veien rundt.
En sklie er i prinsippet et gedigent skråplan. Du kan selv skli og du kan få gjenstander til å skli eller rulle ned sklien. Noen sklier slutter litt over bakken. Hva slags bevegelse får en ball i det den farer over kanten?
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
På Galileos tid (1564-1642) kjente man ikke til Newtons lover. Galileo viste at bevegelse kan deles i to komponenter, den loddrette og den vannrette. Han lot en kule dyppet i blekk rulle ned et skråplan som befant seg i en viss høyde over bakken. Kulen fortsatte derfor et stykke i luften før den landet. Der hvor kulen landet ble det et merke av blekket. Han oppdaget at ved å øke høyden kom blekkflekken lenger og lenger bort fra enden av skråplanet.
Elevene kan selv skli ned sklien et par ganger. Noen sklir fortere enn andre. Er det lett å sette føttene ned for å stoppe der sklien tar slutt? Får noen av elevene så stor fart at de må ta flere skritt før de klarer å stoppe?
Start aktiviteten med et tankeeksperiment. La elevene tenke igjennom hva som skjer, hvordan og hvorfor det skjer, FØR de begynner å slippe gjenstander ned sklien. Elevene kan lage sine egne hypoteser og finne måter for hvordan de selv kan undersøke om hypotesene er gode eller ikke.
Mål høydeforskjellen mellom sklien og bakken. Trill en ball ned en sklie som slutter litt over bakken slik at ballen fortsetter et lite stykke i luften før den lander. Hvor langt kommer den?
La ballen starte fra forskjellig høyde. Lag en tabell, som den vist under, over hvor langt ballen går innen den lander for forskjellige starthøyder.
Starthøyde
målt over bakken
i meter
Lengde
målt fra sklien
i meter
Tegn et diagram som viser hvordan lengden avhenger av starthøyden. Hvilken formel beskriver denne sammenhengen. Stemmer det med det du forventet deg?
Faglig forklaring
Når ballen løftes en viss høyde over bakken, får den stillingsenergi. Ballen får fart nedover sklien fordi stillingsenergien går over til bevegelsesenergi. Jo høyere ballen løftes, jo mer stillingsenergi får den. Hvis sklien skrår jevnt nedover (rett skråplan), får ballen en konstant fartsøkning. Er sklien buet får ballen mesteparten av fartsøkningen til å begynne med. I en slik sklie får ballen større fart enn i en som skrår jevnt. Det siste partiet, der sklien ender, er ofte ganske flatt. Farten, i det ballen farer utfor kanten, er derfor horisontal. Jo høyere opp ballen startet, jo høyere blir farten. Hvis vi kan se bort fra luftmotstanden, er den vannrette fartskomponenten konstant helt til ballen treffer bakken.
Når ballen ikke lenger er i kontakt med sklien, er det ingenting som forhindrer den i å falle mot bakken. På grunn av tyngden får ballen en loddrett akselerasjon i tillegg til den konstante vannrette farten. Se forsøket Fallparabelen. Tiden det tar fra ballen farer utfor kanten til den treffer bakken avhenger bare av hvor langt det er fra kanten til bakken. Den er derfor den samme uansett hvor stor den vannrette farten er. Men jo større vannrett fart, jo lengre bort fra sklien kommer ballen før den treffer bakken.
Kommentarer/praktiske tips
Følg vanlige forsiktighetsregler ved bruk av sklier.
Det morsomme med skliene er oftest farten man får. Men sklir du like fort som jeg? Har det noe å si hva vi har på oss? Spiller det noen rolle om sklien er våt eller tørr?
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
Skliene er oftest ikke så brede at to kan skli samtidig ned, men man kan eksperimentere med to ting som sklir eller ruller nedover.
Skli ned sklien et par ganger. Noen sklir fortere enn andre. Kan du kjenne at farten endrer seg mens du sklir? Kjenn etter hvor i sklien du har størst fart. Klarer du å stå uten å måtte ta et skritt fram når beina tar bakken?
Start aktiviteten med et tankeeksperiment. La elevene tenke igjennom hva som skjer, hvordan og hvorfor det skjer, FØR de går løs på oppgavene. Elevene kan lage sine egne hypoteser og finne måter for hvordan de selv kan undersøke om det er gode hypoteser eller ikke. Gjett først, observer, noter resultatet.
Legg flasken med sand på tvers øverst, slipp den. Observer hvordan den ruller ned. Gjør det samme med flasken med vann. Kunne dere se noen forskjell? Legg flaskene ved siden av hverandre som vist på bildet. Slipp flaskene på likt. Hvilken flaske ruller fortest ned, den som er full av vann eller den tyngre flasken full av sand?
Du kan også prøve å slippe samtidig en tom flaske og en fylt med vann. Hvilken kommer først ned?
Prøv å få forskjellige gjenstander til å rulle ned sklien, for eksempel sylindriske klosser, baller av ulik størrelse og lekebiler. Hvor fort sklir/ruller forskjellige gjenstander ned sklien? Er sklien lang kan man også ta tiden det tar for gjenstandene å skli/rulle ned sklien. Lag en tabell der du ordner gjenstandene etter hvor fort de sklir ned sklien. Kan du legge noe på sklien som ikke sklir ned?
Gjenstand
Tid
Sylindrisk kloss
Tung ball
Lett ball
Lekebil
Faglig forklaring
I utgangspunktet er begge flaskene like høyt over bakken. At flaskene ikke får samme fart skyldes at noe av stillingsenergien går over til rotasjonsenergi i tillegg til bevegelsesenergi. Den tyngste flasken bruker mer av stillingsenergien til rotasjonsenergi enn den letteste. Derfor ruller den lette flasken fortere enn den tyngste.
Materialer og utstyr
én flaske med vann
én flaske med sand
forskjellige runde gjenstander, f.eks. sylindriske klosser og baller av ulik størrelse
Det er gøy å hoppe på trampoline. Men hva er det som gjør at vi hopper høyere og høyere?
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
Et hopp på trampolinen har flere faser. Den fasen der du er på bunnen av hoppet, dvs. mens føttene dine er i berøring med trampolinen, den fasen der du er på vei opp fra trampolinen uten at føttene dine er i berøring med trampolinen, den fasen der du er på toppen av hoppet, dvs. går fra å ha fart oppover til å ha fart nedover, og den fasen der du faller nedover mot trampolinen til føttene dine igjen er i berøring med trampolinen.
Start aktiviteten med et tankeeksperiment. La elevene tenke igjennom hva som skjer, hvordan og hvorfor det skjer, FØR de begynner å hoppe på trampolinen. Elevene kan lage sine egne hypoteser og finne måter for hvordan de selv kan undersøke om hypotesen er god eller dårlig. Elevene kan for eksempel tenke igjennom følgende spørsmål. Etterpå kan de sammenligne svarene med det de opplevde mens de hoppet.
I hvilken av de fire fasene kjenner du deg lettest? Tyngst?
Under hvilken del av hoppet faller du fritt? Hvor lenge varer dette?
Hvordan kjenner du at du er vektløs? (Vektløshet = tilstand av fritt fall, bare tyngden virker på deg )
Hvorfor kan du hoppe høyere og høyere for hver gang?
Spiller det noen rolle hvor mye du veier?
En elev holder et trappetroll i hånden, mens han eller hun hopper. De andre elevene observerer hvordan lengden til trappetrollet varierer med hoppets faser. Hvor er lengden størst? Elevene kan lage en skala på trappetrollet på forhånd, eller gjøre et øyemål av lengden til trappetrollet når det er kortest og når det er lengst. Hvor langt kan det bli? Når er det lengst, når er det kortest? Når er kraften størst, og når er den minst? Når er akselerasjonen størst, og når er den minst?
Jenta hopper på trampoline med trappetroll i hånden. Foto: Ann-Marie Pendrill
Faglig forklaring
Når du hopper opp, får du stillingsenergi. Når du faller ned igjen, gjøres stillingsenergien om til bevegelsesenergi. Farten du har når du treffer trampolineduken, avhenger kun av hvor høyt du har hoppet. I det bena dine treffer trampolineduken er bevegelsesenergien din blitt lik stillingsenergien på toppen av hoppet. Jo større tyngde, jo større energi. Ettersom trampolineduken er elastisk gir den etter for tyngden din og stålfjærene som trampolineduken er festet i, strekkes. Når stålfjærene har absorbert bevegelsesenergien, trekker de seg sammen og du får du fart oppover igjen. Hvis du samtidig benytter deg av elastitsiteten i kroppen din, vil du kunne hoppe høyere og høyere for hver gang.
Kommentarer/praktiske tips
Husk vanlige sikkerhetsregler når det gjelder trampoline.
I et klatrestativ kan du studere forskjellige sider av fritt fall. Du kan klatre høyt opp og slippe ned forskjellige gjenstander. Hvilke faller først ned til bakken? Er det noen sammenheng mellom tyngde, størrelse og hvor fort de faller ned til bakken?
Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO
En elev klatrer så høyt opp i stativet som mulig. Resten av gruppen står på bakken og observerer. Eleven får slippe ulike par av gjenstander og dere sammenligner hvor fort de faller til bakken. Hva tror du kommer til å skje? Ta med forskjellige gjenstander og test ut. Lag en tabell der dere fører opp de forskjellige gjenstandene og hvor fort de faller til bakken.
Slipp samtidig ned to like store baller med ulik tyngde. F.eks. en kule og en skumgummiball. Hvis man bare har én ball, kan man lage en like stor lett ball ved hjelp av sammenkrøllet papir og teip.
Gjør forsøket Slipp flaska. Stikk et hull i en tom melkekartong og fyll den med vann. Slipp den fra toppen av klatrestativet og se hva som skjer med vannstrålen mens kartongen faller.
Gjør forsøket Trappetrollfallet.
Hopp ned med et trappetroll i hånden. Hvis du på forhånd har kalibrert trappetrollet ditt kan du prøve å måle hvor mange g du blir utsatt for i det du lander.
Kan du tenke ut andre ting du kan hoppe med eller slippe?
Gjør forsøket med muffinsformer.
Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)
Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
7. trinn
stille spørsmål og lage hypoteser om naturfaglige fenomener, identifisere variabler og samle data for å finne svar (KM768)
skille mellom observasjoner og slutninger, organisere data, bruke årsak-virkning-argumenter, trekke slutninger, vurdere feilkilder og presentere funn (KM769)
10. trinn
analysere og bruke innsamlede data til å lage forklaringer, drøfte forklaringene i lys av relevant teori og vurdere kvaliteten på egne og andres utforskinger (KM832)
På noen lekeplasser er det en løftekran, til å løfte sand med. Undersøk hvordan kranen er konstruert og tenk på kraftutvekslingen. Forsøk å løfte opp forskjellige ting og tenk over hvor lett eller tungt det er.
Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)
Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
Teknologi (KE68)
Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
7. trinn
stille spørsmål og lage hypoteser om naturfaglige fenomener, identifisere variabler og samle data for å finne svar (KM768)
reflektere over hvordan teknologi kan løse utfordringer, skape muligheter og føre til nye dilemmaer (KM775)
