Øvelsens formål: Forstå hvordan positive og negative magnetiske poler kan demonstrere skubbekræfter og trækkræfter.

Transkript

1 1 Magnetiske poler Øvelsens formål: Forstå hvordan positive og negative magnetiske poler kan demonstrere skubbekræfter og trækkræfter. 1. Angiv fem genstande, som en magnet tiltrækker. En hvilken som helst metalgenstand. Ikke af aluminium. Eksempler: Papirclips, metallineal, metalske, et søm, en skrue, en hammer osv. 2. Hvad kalder man enden på en magnet? Poler. Nord- og sydpoler. 1. Hvilken metaltype sætter en magnet sig fast på? Metaller, som indeholder jern (ferro). 2. Hvad sker der, når de ens poler på en magnet placeres tæt ved hinanden? De frastødes eller skubbes væk fra hinanden. 1. Hvilken metaltype sætter en magnet sig fast på? Jernholdige metaller. De indeholder jern. 2. Hvad sker der, når de ens poler på en magnet placeres tæt ved hinanden? Hvilke kræfter dannes? De frastødes. Der dannes skubbekræfter.

2 2 Konstruere et kompas Øvelsens formål: Være i stand til at konstruere et kompas og bestemme nord- og sydpolerne. 1. Nævn to genstande i din skole, der vender mod nord set fra hvor du står eller sidder lige nu. (Brug et kompas, og find genstande i klasseværelset eller rundt på skolen, der vender mod nord). 2. Hvis du befandt dig på Nordpolen - hvilken ende af jordens magnet ville du så befinde dig på? Sydpolen. 1. Nævn to genstande i din skole, der befinder sig i retning nord i forhold til dér, hvor du befinder dig nu. Er disse genstande stadig nord i forhold til dig, hvis du flytter dig til et andet sted på skolen? (Brug et kompas, og find genstande i klasseværelset eller rundt på skolen). Retningen fra dig til genstanden forbliver ikke nord hvis du flytter dig. Det er fordi nord på kompasset er konstant. 2. Hvis du befandt dig på Nordpolen - hvilken ende af jordens magnet ville du så befinde dig på? Kan du forklare hvorfor? Fordi modsatte poler tiltrækker hinanden. Denne definition betyder, at jordens magnetiske nordpol faktisk er en magnetisk sydpol. 1. Brug kompasset til at hjælpe dig med at finde nord og tegne en plan over dit klasseværelse ligesom et kort. 2. Hvorfor mener du, at de to kugler bruges sammen for at hjælpe med at bygge kompasset? De to kugler gør det muligt, at kompaspunkterne kan dreje. Deres kontaktflade er lille, og derfor er friktionen lav.

3 3 Magnetiske kræfter inde i kuglerne Øvelsens formål: Forstå hvordan skubbe- og trækkræfterne inde i kuglerne kan øges eller sænkes. 1. Hvad sker der, hvis du bringer to sæt sammen, begge med en værdi på -2? De frastødes eller skubbes væk Hvad sker der, hvis du bringer to sæt sammen, det ene med en værdi på +2 og det andet med en værdi på -2? +2-2 De tiltrækkes eller hænger sammen. 1. Hvad sker der, hvis du bringer to sæt sammen, begge med en værdi på -2? Forklar dit svar De frastødes eller skubbes væk fra hinanden. Kuglerne har samme fortegn, derfor skubbes de fra hinanden. 2. Hvad sker der, hvis du bringer to sæt sammen, det ene med en værdi på +2 og det andet med en værdi på -2? Forklar dit svar De tiltrækkes eller hænger sammen. Kuglerne har modsatte fortegn, derfor trækkes de mod hinanden. 1. Skriv regler, der forklarer hvad der sker med sættene, når de placeres i nærheden af hinanden, og har kugler med forskellige værdier. Hvis kuglerne har ladninger med samme fortegn (positiv/positiv eller negativ/negativ) frastødes de. Hvis kuglerne har ladninger af modsat fortegn (positiv/negativ eller negativ/positiv) tiltrækkes de. Hvis en kugle er uden ladning (nulværdi), vil den tiltrækkes af både en positiv eller en negativ ladning. 2. Hvad sker der, når en kugle med nulværdi berører en anden kugle med nulværdi? Fordi kuglerne er uden værdi, og derfor uden kræfter, er der ingen tiltrækning eller frastødning.

4 4 Magnetisk levitation Øvelsens formål: Forstå at lige poler frastøder og begrebet magnetisk levitation. 1. Hvilken afstand er der mellem levitationsstængerne? Kan du forestille dig hvordan du kan måle afstanden? Forklar det herunder med et diagram. Sæt to sammenhængende stænger sammen, og mål højden. Sammenlign højden med højden på stængerne i røret. Forskellen svarer til levitationsafstanden. 1. Hvad sker der, når du sætter flere stænger i røret? Levitationsafstanden øges. 2. Hvad er den samlede levitationsafstand med tre stænger? Kan du forestille dig, hvordan du kan måle afstanden? Forklar det herunder med et diagram. Sæt de tre sammenhængende stænger sammen, og afmål højden. Sammenlign værdien med højden for stængerne i røret. Forskellen svarer til levitationsafstanden. 1. Hvis 3 eller flere stænger tilføjes, er afstanden mellem hver stang den samme? Kan du finde en måde til at måle afstandene og bevise din teori? Forklar herunder. Sammenlign afstanden med to og derefter tre sammenhængende stænger. Hvis levitationsafstanden er større med tre stænger, betyder det, at levitationsafstanden øges når flere stænger tilføjes. 2. Kan du forestille dig andre, praktiske indretninger, hvor magnetisk levitation eller fjedre kan bruges? Hængsler på døre og skuffer (køkkener). Affjedring.

5 5 Akkumulation af polariteter Øvelsens formål: Forstå virkningerne af de stigende og aftagende magnetiske kræfter inde i kuglerne. 1. Hvad sker der når du anbringer de to kugler ved siden af hinanden? De tiltrækkes eller trækkes sammen Hvad sker der når du anbringer de to kugler ved siden af hinanden? Forklar dit svar. De tiltrækkes eller trækkes sammen Tegn og markér værdierne af et lignende sæt, som kun har to kugler, som vil frastødes eller demonstrere skubbekræfterne. Kuglerne skal have samme tegn (positiv/positiv eller negativ/negativ) Hvad sker der når du anbringer de to kugler ved siden af hinanden? Forklar dit svar. På hvilken måde kan du øge eller reducere tiltrækningen mellem de to kugler? De tiltrækkes eller hænger sammen. Jo større forskel i værdierne for de to kugler, desto større er tiltrækningen. Jo mindre forskellen er, desto mindre er tiltrækningen. 2. Hvordan vil du få to kugler til at frastødes med flere stænger? Tegn dit svar herunder, og giv en kort beskrivelse. Kugler med samme fortegn frastødes. Kuglerne skal have samme fortegn. Jo højere eller lavere de to værdier er, desto større er de frastødende skubbekræfter

6 6 Enkle strukturer Øvelsens formål: Være i stand til at danne enkle strukturer. 1. Forklar hvorfor en firkant er en svag figur. Forbindelserne på en firkant kan nemt bøjes og dermed forvride formen. Det er ikke en fast figur. 1. Forklar hvorfor en trekant er en stærk figur. Forbindelserne på en trekant er faste. Det er stiv figur. Det er ikke muligt at ændre figuren. 1. Forklar (med tegninger), hvordan en firkant kan gøres til en stærkere figur. Dette ville styrke firkanten, men stængerne er ikke lange nok. En pyramide med firkantet base vil styrke firkanten ved hjælp af af stænger og kugler.

7 7 Regelmæssige polygoner Øvelsens formål: Lære hvad en polygon med ens linjestykker er, og hvordan man skaber en række former. 1. Tegn og navngiv de 3-,4-,5 og 6-kantede regelmæssige polygoner. Ligesidet trekant Firkant Pentagon (femkant) Heksagon (sekskant) 1. Tegn og navngiv de 3-,4-,5- og 6-kantede regelmæssige polygoner. Som ovenfor. 2. Tegn og navngiv nogle 3-,4-,5- og 6-kantede uregelmæssige polygoner. En hvilken som helst 2D-figur med et antal sider, som kan have forskellige længder og vinkler. 1. Tegn og navngiv de 3-,4-,5- og 6-kantede regelmæssige polygoner. Tilføj de indvendige vinkler for hver figur. Navn Sider Summen af de indvendige vinkler Figur Hver enkelt vinkel Trekant Firkant Pentagon (femkant) Heksagon (sekskant)

8 8 3-dimensionelle (3D) strukturer Øvelsens formål: Forstå hvordan det er muligt at bygge en struktur ved brug af enkle polygoner. 1. Kan du forklare hvad en struktur er? En struktur er en gruppe elementer sammensat for at støtte en last på en stabil måde. 1. Kan du forklare hvad en struktur er? En struktur er en gruppe elementer sammensat for at støtte en last på en stabil måde. 2. Tegn en struktur herunder. Markér nogle enkle polygoner. Eksempel: En bro. Du kan sætte mærker ved trekanterne. Et hus med firkanter og trekanter. 1. Kan du forklare hvad en struktur er? En struktur er en gruppe elementer sammensat for at støtte en last på en stabil måde. 2. Terningen herunder er ikke en stærk struktur. Hvordan kan du gøre strukturen stærkere? Tegn dine ideer, og forklar hvorfor. Hvis terningens flader forstærkes, eller hvis der dannes trekanter, bliver formen forstærket.

9 9 Komplekse 3D-strukturer Øvelsens formål: Forstå hvordan 3D-figurer dannes. 1. Markér og tæl toppunkterne, fladerne og kanterne på terningen herunder. Toppunkter: 8 Flader: 6 Kanter: Markér og tæl toppunkterne, fladerne og kanterne på pyramiden med trekantet grundflade herunder. Toppunkter: 4 Flader: 4 Kanter: 6 1. Tegn, markér og tæl toppunkterne, fladerne og kanterne på en sekskantet prisme. Toppunkter: 12 Flader: 8 Kanter: 18

10 10 Stærke strukturer Øvelsens formål: At bygge en enkel brostruktur og forstå hvordan man styrker en struktur. 1. Tegn den færdige bro set fra siden, så det tydeligt kan ses på hvilken måde du har styrket broens vejbane. 1. Tegn den færdige bro set fra siden, så det tydeligt kan ses på hvilken måde du har styrket broens vejbane. Markér alle skubbe- eller trækkræfterne du kan se. 1. Tegn den færdige bro set fra siden, så det tydeligt kan ses på hvilken måde du har styrket broens vejbane. Markér mindst to stænger som er under tryk og to som er under spænding. Kompression Spænding

11 11 Gitterbroer Øvelsens formål: Forstå hvad en gitterbro er, og trianguleringens effekt på strukturerne. 1. Tegn en gitterbro herunder. 2. Hvilken figur er den vigtigste på en gitterbro? En trekant. 1. Tegn en gitterbro herunder. Fremhæv en trekant. 2. Forklar hvorfor trekanter er så vigtige. En trekant er en stiv figur. Ved at danne trekanter er det muligt at styrke broen og holde den stabil. 1. Tegn en gitterbro herunder. Fremhæv en trekant. 2. Hvilke materialer anvendes til bygning af gitterbroer? Stål bruges ofte til bygning af gitterbroer. Stålbjælkerne kan sammenboltes så de danner trekanter, der er forholdsvis lette i forhold til andre materialer som f.eks. beton.

12 12 Brug af skubbe- og trækkræfter Øvelsens formål: Bygge en struktur for at demonstrere de magnetiske skubbe- og trækkræfter. 1. Kan du forklare hvorfor kæberne ikke lukker? Kæbernes spidser frastøder. Topkuglens værdi er den samme som bundkuglens. Poler med samme fortegn frastøder. 1. Kan du forklare hvorfor kæberne ikke lukker? Kæbernes spidser frastøder. Topkuglens værdi er den samme som bundkuglens. Poler med samme fortegn frastøder. 2. Hvordan kan du få kæberne til at lukke ved kun at bruge én stang mere? Tegn dit svar. Når en stang fastgøres til en kugle på toppen eller bunden med modsat polaritet, sænkes frastødningskræfterne. 1. Brug de ord du har lært, til at forklare hvorfor kæberne ikke lukker. Kæberne frastødes eller skubbes væk fra hinanden fordi kuglerne har samme værdi, og poler med samme fortegn frastødes eller skubbes væk. 2. Hvordan kan du åbne kæberne endnu mere? Du skal øge kuglernes værdi ved at bruge flere stænger med samme polaritet. Det kan gøres enten på den øvre eller den nedre kugle, eller på dem begge. Det vil øge den magnetiske kraft som frastøder eller skubber, så kæberne åbner endnu mere.

13 13 Oscillator Øvelsens formål: Forstå hvordan skubbekræfterne kan bruges til at bygge et svingende pendul. 1. I hvor lang tid svinger midtertrekanten? Tag tiden i sekunder ved brug af et stopur. Eleverne tager tiden på strukturen. 1. I hvor lang tid svinger midtertrekanten? Tag tiden i sekunder ved brug af et stopur. Eleverne tager tiden på strukturen. 2. Hvordan tror du, at du kan forlænge denne tid? Reducér friktionen, prøv at gøre svingningsbuen større enten ved at gøre strukturen større, eller ændre de frastødende kuglers position. 1. Forklar udtrykket svingning. Kan du komme i tanke om en genstand, som svinger? Det er en jævn, uafbrudt svingning frem og tilbage omkring et midterpunkt, en bevægelsescyklus omkring en midterposition. Pendulet i et bornholmerur, armen på en metronom Vis på diagrammet herunder de kræfter der er involverede, og de magnetiske kræfters værdi på de tre topkugler. -2 eller +2-3 eller +3-3 eller +3

14 14 Rotation og friktion Øvelsens formål: Brug af kugler til forbindelser med lav friktion. 1. Hvad sker der med den nederste del, når du drejer den orangefarvede struktur på den første model? Den nederste del begynder også at dreje. 2. Hvad får den til at bremse og til sidst stoppe? Det er kuglerne, der gnider mod hinanden. Det kaldes friktion. 1. Drej de to dele på den første model i modsat retning. Hvad sker der til sidst? Den orangefarvede del bremser og skifter derefter retning som på den nedre del. 2. Hvad får den til at bremse og til sidst stoppe? Det er friktionen mellem kuglerne. 1. Når den orangefarvede struktur på den første model drejes, drejer bunddelen også. Hvis du tilføjer flere stænger for at styrke polariteten på topkuglen, vil det mindske eller øge effekten? Hvorfor? Effekten styrkes fordi kuglerne vil presses hårdere mod hinanden. 2. Selv hvis der ikke var nogen friktion mellem kuglerne, vil rotationen i alle tilfælde standse. Hvorfor? Luftmodstand på de drejende dele.

15 15 Enkle lejer Øvelsens formål: Forstå hvordan enkle lejer virker. 1. Forklar hvorfor og hvordan et enkelt leje virker. Lejerne nedsætter friktionen ved at lade jævne metalkugler eller ruller bevæge sig mod en glat, indvendig og udvendig overflade som kuglerne kan rulle imod. Disse kugler eller ruller "bærer" belastningen. Derfor kan selve mekanismen spinde jævnt. 1. Forklar hvorfor og hvordan et enkelt leje virker. Som ovenfor. 2. Hvorfor er friktionen lavere i et kugleleje? Kuglerne i et kugleleje ruller i stedet for at glide. Når to genstande glider, skaber friktionen mellem genstandene en kraft, som nedsætter deres hastighed. Hvis de to flader er i stand til at rulle hen over hinanden nedsættes friktionen. 1. Tegn og markér delene på et enkelt leje. 2. Hvad ville der ske med strukturens bevægelse hvis friktionskoefficienten var lig med nul? Bevægelsen ville fortsætte uendeligt og aldrig bremse.

16 16 Aksiallejer Øvelsens formål: Forstå hvordan et aksialleje virker. 1. Hvilke belastningstyper er omfattet i et aksialleje? Aksialbelastninger. Belastninger i akslens retning. 2. Tror du, at dette leje ville være egnet til en karrusel? Hvorfor? Ja. En karrusel har lodrette belastninger gennem rotationscenteret på karrusellen. 1. Hvilke belastningstyper er omfattet i et aksialleje? Aksialbelastninger. Belastninger i akslens retning. 2. Tegn aksialbelastningens retning på den nedenstående karrusel. 1. Hvilke belastningstyper er omfattet i et aksialleje? Aksialbelastninger. Belastninger i akslens retning. 2. Tegn aksialbelastningens retning på den nedenstående karrusel. Hvor kan du også finde aksiallejer? Drejestole, gravemaskine med drejelig førerkabine, byggekran.

17 17 Tilføje en rotationsbevægelse Øvelsens formål: Forstå hvordan rotationsbevægelsen kan kombineres med de magnetiske skubbe- og trækkræfter. 1. Beskriv, hvad der sker med kæberne, når den midterste del roteres. Kæberne åbner. 2. Vis rotationsbevægelsen som dannes, med pile på diagrammet herunder. Hvilken magnetisk kraft drejer det sig om - skub eller træk? En skubbekraft dannes når kæberne åbner og frastøder. 1. Beskriv alle bevægelserne når du roterer midterdelen. Kæberne åbner når midterdelen roteres. Kuglernes værdi på spidsen af kæberne og spidsen af det roterende centrum er ens. 2. Vis rotationsbevægelsen som dannes, ved hjælp af pile, på diagrammet herunder. Hvilken magnetisk kraft drejer det sig om skubbe- eller trækkraft? Hvordan kan du vide det? En skubbekraft dannes fordi kæberne åbner og frastøder. 1. Beskriv bevægelsen og kræfterne, som er til stede, når du roterer midterdelen. Forklar hvorfor det sker. En rotationsbevægelse dannes når du roterer basen. Det medfører, at kæberne åbner når basens kugler nærmer sig kæbernes kugler. Kuglerne frastødes og forårsager en skubbekraft. 2. Vis rotationsbevægelsen som dannes, på diagrammet herunder. Hvilken magnetisk kraft drejer det sig om skubbe- eller trækkraft? Og hvordan kan du vide det? En skubbekraft dannes fordi kæberne åbner og frastøder.

18 18 Drivende bevægelse Øvelsens formål: Forstå hvordan man danner en drivende bevægelse ved hjælp af magnetiske skubbe- og trækkræfter. Forstå, hvordan man danner en rotationsbevægelse ved brug af enkle lejer. 1. Beskriv bevægelsen, når du drejer topdelen. Når topdelen drejes, dannes der en svingningsbevægelse mellem de to dele, men det får også bunddelen til at rotere. Det skyldes skubbe- eller frastødende kræfter mellem kuglerne. 2. Hvorfor er der brug for et leje mellem de to dele? For at nedsætte friktionen mellem de to dele og tillade bevægelsen. 1. Beskriv bevægelsen som fremkommer når du roterer topdelen. Hvilken magnetisk kraft forårsager denne bevægelse? Når topdelen drejes, dannes der en svingningsbevægelse mellem de to dele, men det får også bunddelen til at rotere. Det skyldes skubbe- eller frastødende kræfter mellem kuglerne 2. Hvorfor er der brug for et leje mellem de to dele? For at nedsætte friktionen mellem de to dele og tillade bevægelsen. 1. Forklar, hvorfor de to dele svinger og roterer sammen. Når topdelen drejes, dannes der en svingningsbevægelse mellem de to dele, men det får også bunddelen til at rotere. Det skyldes skubbe- eller frastødende kræfter mellem kuglerne. 2. Hvad ville der ske med bevægelsen, hvis der ikke var friktion mellem lejerne? Er det muligt? Hvis der ikke var friktion mellem lejerne, ville strukturen fortsætte bevægelsen i længere tid. Kun luftmodstanden ville forsinke bevægelsen. Det er ikke muligt, da alle flader som kommer i kontakt, altid vil skabe en vis friktion.

19 19 Homopolar magnetisk motor Øvelsens formål: Forstå hvordan en homopolar magnetisk motor er lavet. 1. Tegn og markér delene på en homopolar motor. Batteri Kobbertråd Magnet 2. Hvad har denne motor tilfælles med en lille elektrisk motor i legetøjsbiler? Motordelene er de samme. Begge motorer har en magnet og en kobbertråd, og er drevet af et batteri. 1. Tegn markér delene på en homopolar motor. (Se ovenfor) 2. Hvad ville der ske, hvis du brugte et batteri med større effekt? Tråden ville dreje hurtigere. 1. Tegn og markér delene på en homopolar motor. (Se ovenfor) 2. Hvad er det, som får tråden til at dreje hurtigere? Når batteriets effekt og den magnetiske kraft øges, får det tråden til at dreje hurtigere.