Eksperimenter om balance og rotation

Transkript

1 EKSPERIMENTER FOR KLASSE Eksperimenter om balance og rotation Piruetter på en kontorstol Det ser flot ud, når gymnast snurrer hurtigt rundt i luften, og når en skøjteprinsesse laver piruetter på isen. Måske har du undret dig over, hvordan man får så meget fart på. Du kan finde ud af tricket, hvis du har en kontorstol, som let drejer rundt: Sæt dig på stolen, tag en tung bog i hver hånd og stræk armene ud i fuld længde. Få en kammerat til at snurre stolen hurtigt rundt. Træk armene hurtigt ind til kroppen. Hvad sker der? Stræk armene ud igen. Hvad sker der nu? Mere om Piruetter på en kontorstol Kontorstolen begyndte at snurre hurtigere rundt, da du trak de udstrakte arme med en bog i hver hånd ind til kroppen. Når dine arme er udstrakt, drejer bøgerne rundt i en stor cirkel med en bestemt hastighed. Når du trækker hænderne til dig, bevares energien i rotationen. Nu, hvor hænderne og de tunge bøger holdes helt tæt ind til kroppen, skal der bruges mindre energi til at dreje rundt med samme hastighed som før. Derfor er der energi til overs, som omsættes til øget hastighed, så du og stolen drejer hurtigere rundt. Det omvendte sker, når du igen strækker armene ud. Derfor mister stolen fart. 1

2 Find tyngdepunktet Når Simon og Nanna laver saltomortaler, har de selvfølgelig ikke tid til at tænke over, hvor deres tyngdepunkt er, mens de snurrer rundt i luften. Men ubevidst har de styr på det, for ellers ville de ikke kunne holde balancen under de svære spring. Du kan selv eksperimentere med tyngdepunkter ved hjælp af en lang lineal: Understøt linealen med en finger i hver ende, og træk langsomt de to fingre sammen, indtil de mødes. Fingrene mødes lige under tyngdepunktet, hvor linealen er i balance. Sæt en klat ler fast nær den ene ende af linealen og gentag eksperimentet. Nu har tyngdepunktet flyttet sig. Ryk rundt med lerklumpen og se, hvordan tyngdepunktet ændrer sig, hver gang klumpen flyttes. Hvorfor mon de to fingre altid mødes i tyngdepunktet? Mere om Find tyngdepunktet Tyngdepunktet i en lang lineal er det sted, hvor linealen er i balance, selv om du kun understøtter den med én finger. Når du starter med at understøtte linealen med to fingre i hver sin ende, vil de altid mødes i tyngdepunktet, når du trækker fingrene langsomt mod hinanden. Hvis der ikke er ekstra vægt på linealen, er tyngdepunktet lige i midten. Men tyngdepunktet flytter sig, hvis man anbringer en klump ler et sted på linealen. Alligevel finder fingrene tyngdepunktet. Årsagen er, at den ende, hvor lerklumpen sidder, er tungere end den anden ende af linealen. Når du flytter dine to fingre mod hinanden, er gnidningsmodstanden størst ved fingeren i den tunge ende med lerklumpen. Derfor bevæger denne finger sig ikke så nemt indad som den anden finger. 2

3 Hold balancen En gymnast er god til at holde balancen. Her kan du teste dine egne balance-evner: Stil dig på et bræt, som balancerer på en rulle eller en rundstok. Hvor lang tid kan du blive stående, uden at brættet rører gulvet? Du er hele tiden nødt til at bevæge kroppen for at ikke at vælte. Hvorfor mon? Er det lettest at holde balancen med samlede eller spredte ben? Mere om Hold balancen Når du balancerer på et bræt med en rulle underneden, bevæger du dine arme og ben lynhurtigt. Ellers mister du balancen og vælter. Din sans for balance sidder i øret. Hvis du er ved at vælte, sender øret et signal til hjernen, som straks giver besked til kroppen om at bevæge sig, så du igen kommer i balance. Det sker helt af sig selv, uden du behøver at tænke over det. Du fandt sikkert ud af, at det er lettest at holde balancen på brættet med samlede ben, selv om man skulle tro, at man bedst holder balancen med spredte ben. Det skyldes, at fødderne står tæt på begge sider af det sted, hvor brættet balancerer på rullen. Når brættet er ved at vippe, bevæger hver fod sig kun et lille stykke væk fra den ligevægt, du har, når brættet er vandret. Så kan du genvinde balancen med små, hurtige bevægelser med armene og benene. Hvis fødderne står ude ved kanterne af brættet, skal du bruge meget større bevægelser for at rette op. Så er det svært at følge med, og du kommer nemt til at lave alt for voldsomme bevægelser, der får brættet til at vippe endnu mere til den modsatte side. Det er noget helt andet, hvis du står på et gyngende skib. Bølgerne rummer så mange kræfter, at de får skibet til at vippe, uanset hvad du gør. Så holder du bedst balancen med spredte ben. 3

4 Eksperimenter om tandhjul, taljer og trisser Sådan får du kæmpekræfter! Kunne du tænke dig at være stærkere end to af dine kammerater tilsammen? Så prøv det her! Find to koste og et reb. Bind rebet fast i den ene kost og sno det omkring begge koste mindst tre gange som vist på tegningen. Dine to kammerater tager nu fat i hver sit kosteskaft og prøver at trække dem fra hinanden. Du tager fat i enden af rebet og trækker kostene sammen. Du vinder hver gang - med mindre dine kammerater har kræfter som Supermand. En kran bruger samme metode til at løfte tunge ting. Hvad er fidusen? Mere om Sådan får du kæmpekræfter! En stor kran kan løfte tunge ting, fordi kablet løber rundt om en trisse for oven i kranens tårn og en trisse forneden ved løftekrogen. To forbundne trisser kaldes en talje. Her får du forklaringen på, hvordan en talje virker: I bunden af kranen er der en stor tromle, hvor kablet rulles op, når kranen løfter. Når man ruller en meter af kablet op på den store tromle, fordeler taljen den ene meter af kablet på de to trisser. Det betyder, at kranen kun løfter tingen en halv meter. Til gengæld bliver kraften i løftet dobbelt så stor. I praksis bruger man ofte flere trisser i kranens top og i bunden ved løftekrogen. Hvis der er fem trisser i toppen og fem i bunden, løfter kranen kun 10 centimeter, når man ruller en meter af kablet op tromlen. Til gengæld tidobles kraften. Det var nøjagtigt det samme, I gjorde i forsøget med snoren, der var viklet omkring de to koste. Den, der trækker kostene sammen med snoren, er stærkere end de to, som prøver at trække kostene fra hinanden. Forklaringen er, at man laver en talje, hver gang rebet vikles omkring de to kosteskafter. Jo flere gange rebet vikles rundt omkring kostene, jo større kraft skal der til for at holde kosteskaftene fra hinanden, når der trækkes i rebet. Til gengæld skal man også trække rebet et længere stykke for at få kosteskafterne til at bevæge sig ind imod hinanden. 4

5 Hvordan virker cyklens tandhjul? Du havde sikkert en trehjulet cykel som lille. Hver gang du drejede pedalerne en omgang rundt, drejede forhjulet også en omgang. Det gav ikke meget fart, selv om du hjulede rundt med benene som en gal. En rigtig cykel kører meget hurtigere, fordi den drives med en kæde, der sidder på et stort tandhjul ved pedalerne og et lille tandhjul på baghjulet. Undersøg cyklens tandhjul nærmere: Du skal bruge en cykel med udvendigt gear. Vend cyklen om og drej rundt på pedalerne. Hvad sker der med tandhjulene og kæden, når du skifter gear? Hvilke tandhjul bruges, når cyklen er i lavt og i højt gear? Kan du forklare hvorfor? Hvilke gear foretrækker du, når du kører op ad bakke - eller nedad? Hvorfor? Mere om Hvordan virker cyklens tandhjul? Hvis du kører i rigtigt højt gear, er der f.eks. fire gange så mange takker på det forreste tandhjul som på det bagerste. Hver gang du drejer pedalerne en omgang, drejer baghjulet fire gange rundt. Og så går det stærkt. Hvis din cykel har 26 tommers hjul, og du drejer pedalerne en gang i sekundet, kører du med en fart på 30 kilometer i timen. Men det er hårdt at køre i højt gear, hvis du ikke har vinden i ryggen eller kører ned ad bakke. Derfor har cyklen også lave gear, hvor det forreste og det bagerste tandhjul er næsten lige store. Så kommer man selvfølgelig ikke så hurtigt frem, men det er let at træde cyklen. Sådan virker cyklens gear: I dag har langt de fleste cykler indkapslede gear, som man ikke kan se. Det er smart, fordi man ikke hele tiden skal rense og smøre tandhjulene. Men hvis du vil se, hvordan et gear virker, er det bedst at kigge på en racercykel. En almindelig cykel har kun ét tandhjul ved pedalerne. Men en racercykel har ofte to eller tre. Når cyklen kan skifte tandhjul både foran og på baghjulet, kan den have rigtig mange gear. En racercykel har mellem 5 og 9 tandhjul på baghjulet. De store tandhjul bruges til lave gear og de små tandhjul til høje gear. Jo mindre tandhjul, man bruger på baghjulet, jo flere gange drejer hjulet rundt, når man drejer pedalerne en omgang. Når cyklen kører i det højeste gear, bruges det største tandhjul ved pedalerne og det mindste tandhjul på baghjulet. I det laveste gear bruger man det mindste tandhjul ved pedalerne og det største på baghjulet. Hvis cyklen har tre tandhjul foran og ni bagtil, har den i alt 27 gear. Man skifter gear ved hjælp af en lille arm med to små hjælpetandhjul, som drejer frit. Armen er styret af en fjeder, der presser den bagud, så den altid holder kæden stram. Armen ændrer vinkel, når du skifter gear. Det øverste lille hjælpetandhjul på armen er placeret tæt ved tandhjulene på baghjulet. Når man skifter gear, flytter hjælpetandhjulet sig og trækker kæden med. Det får kæden til at hoppe videre til det ønskede tandhjul, når du træder i pedalerne. 5

6 Eksperimenter om luftens kræfter Bolde i luften Du kan selv få bolde til at svæve i luften. Vend en hårtørrer, så den blæser luft opad, og anbring en bordtennisbold i luftstrømmen. Prøv forsigtigt at tage bordtennisbolden med fingrene og træk den lidt ud af luftstrømmen. Når du giver slip, smutter bolden tilbage i luftstrømmen, og den bliver hængende i luften, indtil du slukker for hårtørreren. Prøv også at tippe hårtørreren lidt til den ene side. Hvor meget kan luftstrømmen tippes, før bolden falder ned? Du kan lave det samme eksperiment med et sugerør og en lille, let kugle, f.eks. af flamingo eller vat. Der skal pustes til, for at få kuglen til at svæve! Mere om Bolde i luften Bolden svæver, fordi luftstrømmen skubber under bolden. Men hvorfor bliver bolden hængende i luftstrømmen, selv om man flytter hårtørreren lidt? Og hvorfor flyver bolden tilbage i luftstrømmen, når man trækker den lidt ud til siden og giver slip? Det sker, fordi luften blæser hurtigst forbi den side af bolden, som er tættest på midten af luftstrømmen. Den hurtigste luftstrøm laver et sug, der hiver bolden tilbage i luftstrømmen. 6

7 Byg luftpudefartøjer En luftpudebåd svæver på en pude af luft. Her er opskrifterne på to luftpudefartøjer, du selv kan lave: CD-svæveren Tag låget af en filmdåse og lav et hul i bunden af dåsen. Hullet skal have en diameter på ca. 3 mm. Lim dåsen fast på en CD, så hullet i bunden sidder lige over hullet midt i CD en. Du må ikke lime hullet til! Brug tape til at fæstne dåsen rigtig godt. Tapen sørger også for, at der ikke slipper luft ud de forkerte steder. Blæs en ballon op. Vrid ballonen rundt, så der ikke slipper luft ud, og træk ballonen ned over filmdåsen. Giv slip på ballonen, så den begynder at blæse luft ind under CD en. Giv CD en et puf. Nu svæver den hen over bordet på en luftpude. Luftpude-æggebakken Klip et rundt hul i toppen af låget fra en æggebakke. Hullet skal passe til røret fra en WC-rulle. Hvis der er huller i siden på låget fra æggebakken, lappes de med tape, så låget er tæt hele vejen rundt langs bordpladen. Klip røret fra WC-rullen midt over og stik det ned gennem hullet i toppen af låget. Røret må ikke nå helt ned til bordpladen. Sæt røret godt fast med klisterbånd, så samlingen er lufttæt. Så er du klar. Pust kraftigt ned i røret, og æggebakken svæver af sted på en luftpude. Mere om Byg luftpudefartøjer En luftpudebåd svæver over både jord og vand, fordi en propel under båden skaber en luftpude med et stort lufttryk. Et skørt, som hænger ned fra bådens sider, holder luftpuden inde under båden. Bagerst har luftpudebåden en propel, der driver den fremad, uden at båden møder den mindste gnidningsmodstand. Luftpude-æggebakken, som du måske har lavet, svæver på samme måde. Æggebakkens sider svarer til skørtet på luftpudebåden. Man kan godt svæve på en luftpude uden et skørt. Det gør det Flyvende Tæppe i Cirkus Fysikus. Og CD-svæveren, som du selv kan lave, virker på samme måde. Fartøjerne svæver på en luftpude, så længe der blæser luft ned under bunden. 7