EKSPERIMENTER FOR 7. - 10. KLASSE Eksperimenter om gyroer og flyvning Lav en cykelhjulsgyro Du kan fremstille en gyro af et gammelt cykelhjul: Montér håndtag på begge sider af et cykelhjul. Sæt dig i en kontorstol, som drejer let. Hold cykelhjulet i de to håndtag, mens du løfter benene fra gulvet. Lad en kammerat sætte cykelhjulet i stærk rotation. Drej nu det spindende cykelhjul til siden. Så begynder stolen at dreje rundt. Hvad sker der, hvis det roterende cykelhjul drejes til den anden side? Hvordan får cykelhjulsgyroen stolen til at dreje? Mere om Lav en cykelhjulsgyro Sådan får cykelhjulsgyroen kontorstolen til at dreje: Det roterende cykelhjul har den egenskab, at der skal bruges kræfter for at ændre det plan, som hjulet drejer rundt i. Gør du det, vil hjulet påvirke dig med en tilsvarende kraft. Når det roterende cykelhjul drejes til siden, svarer hjulet tilbage ved at påføre dig og kontorstolen en drejning i en anden retning. Det får stolen til at rotere. Til sidst holder både cykelhjulet og stolen op med at dreje. Det skyldes, at der er gnidningsmodstand fra lejerne og luften. Energien er dog ikke forsvundet, men omsat til den varme, som opstår ved friktionen. 1
Supersvæveren og Hurtigflyveren Udformningen af et fly har stor betydning for flyveegenskaberne. Det kan du teste ved at bygge to vidt forskellige papirfly, Supersvæveren og Hurtigflyveren. Følg opskrifterne og afprøv flyene. Hvorfor har de forskellige egenskaber? Sådan bygges Supersvæveren 2
Sådan bygges Hurtigflyveren Mere om Supersvæveren og Hurtigflyveren Papirflyet Supersvæveren har et svæveflys egenskaber, mens Hurtigflyveren minder om et jagerfly. Et svævefly skal være let og have store vinger, som kan give et godt svæv. Vingefanget er stort i forhold til vægten. Et jagerfly har masser af motorkraft til at drive det fremad gennem luften. Derfor behøver vingerne ikke at være så store som i et svævefly for at skabe opdrift. Jagerflyet skal flyve hurtigt, og derfor er det udformet som en smal pilespids. På den måde bliver luftmodstanden lille. 3
Undersøg en flyvinge Et fly bliver båret oppe i luften på grund af vingernes snedige form. Byg en flyvinge af papir og test princippet: 1. Fold et stykke papir næsten på midten, så den ene side er lidt mindre end den anden. 2. Sæt den korte ende fast på den lange med klisterbånd. Så har du en vinge med buet overside og flad bund. 3. Prik et hul hele vejen gennem vingen. Stik et sugerør gennem hullet og klip sugerøret til, så det ikke stikker ret meget ud fra papiret. Klæb sugerøret fast på begge sider af vingen med tape. 4. Stik en sytråd gennem sugerøret. Bind tråden fast til noget i begge ender, så vingen kan bevæge sig op ad tråden. Blæs mod vingen med en hårtørrer og se, hvad der sker. Mere om Undersøg en flyvinge Sådan får en flyvinge opdrift: En flyvinge har en buet overside og en flad underside. Når motoren driver flyet fremad, strømmer luften en længere vej over vingens buede overside end under den flade underside. Når luften strømmer hurtigt over oversiden, bliver trykket lavere på oversiden af vingen end på undersiden, og det giver opdriften. Det er nøjagtigt det samme, der sker, når man blæser på den buede papirvinge med en hårtørrer. Derfor svæver papirvingen op af sytråden. 4
Eksperimenter om vægtprincipper og kræfter Flyt noget stort Da Erik Reitzel skulle planlægge flytningen af den gamle terminal i Københavns Lufthavn, var han selvfølgelig klar over, at der kun var en ting at gøre: Bygningen skulle rulles af sted på mange hjul. Det er ikke tilfældigt, at hjulet regnes for en af de største opfindelser i verdenshistorien. Men allerede før hjulet blev opfundet, havde oldtidens mennesker luret princippet. De brugte ruller til at flytte tunge ting. Test det selv: Mere om Flyt noget stort Hvad er det sværeste, når man flytter tunge ting på ruller? Det har I selvfølgelig fundet ud af, hvis I har prøvet at rulle et omvendt bord af sted, mens der står en gruppe kammerater på det: Man skal være hurtig med at flytte rundstokkene, så bordet hele tiden har stokke at rulle på! Vend et bord om, og lad en gruppe kammerater stille sig på det. Prøv at sætte en anden gruppe til at bære bordet eller rettere sagt: Lad være, for det har ryggen ikke godt af! Læg i stedet fire rundstokke under bordet og tril af sted med det. Det kræver ikke nær så mange kræfter. Hvad er det største problem, når man flytter noget med ruller? Lav en konkurrence, hvor I kappes om at flytte noget stort og tungt på den korteste tid. 5
Løft noget tungt Når man skal løfte eller vippe noget tungt, er det en god ide at bruge vægtstænger. Test princippet på en enkel måde: Stik en lineal ind under en bog, og placer en blyant på tværs under linealen. Tryk linealen ned og løft bogen. Hvor er det smartest at placere blyanten? Du kan også forsøge at vippe noget tungt som f.eks. en træplade med en kammerat ovenpå. Erstat linealen med en rundstok og blyanten med en stor sten. Skal stenen placeres tæt på pladen eller langt fra den? Mere om Løft noget tungt Når man løfter tunge ting med vægtstænger, skal man ikke bruge ret mange kræfter, når omdrejningspunktet er tæt på det, som skal løftes. Det fandt du nok ud af, da du forsøgte at løfte en kammerat, som stod på en træplade. Omdrejningspunktet var her den sten, som du skubbede ind under rundstokken. Årsagen til, at det er let at løfte med en vægtstang, er princippet kraft gange arm. Når stenen er tæt på pladen, er den arm, som man løfter med meget lang, og derfor kan den tunge plade vippes med en beskeden kraft. Hvis stenen placeres langt fra træpladen, er armen kort, og man spilder en masse kræfter til ingen nytte. Princippet bruges blandt andet i en boltsaks, som let klipper en metalstang over. Boltsaksen har korte blade og meget lange håndtag, og derfor klemmes saksens to blade sammen med stor kraft. 6
Eksperimenter om penduler Få en fornemmelse af Foucault pendulet I har næppe mulighed for at rejse til Nordpolen og hænge et Foucault pendul op der. Men I kan få en fornemmelse af, hvordan pendulet virker. Lav et stativ af trælister og sæt det fast på en kontorstol med kraftig tape. Lav et pendul af en snor og en møtrik. Hæng pendulet i træstativet. Sæt først pendulet i svingninger, og derefter kontorstolen til at dreje rundt. Læg mærke til om pendulet bliver ved med at svinge i samme plan, selv om kontorstolen drejer rundt. Mere om Få en fornemmelse af Foucault pendulet Når man laver eksperimentet med møtrik-pendulet på kontorstolen, kan man se princippet i et Foucault pendul. Der ville naturligvis være tydeligere, hvis man hængte et pendul op lige over nordpolen eller sydpolen. Når pendulet sættes i svingninger, bliver det ved med at svinge i samme plan i forhold til stjernerne og galakserne. Pendulet er helt upåvirket af, at Jorden drejer rundt under det som en langsom snurretop, der er et døgn om en fuld omdrejning. Men vi mærker jo ikke, at Jorden roterer om sin egen akse. Derfor ser det ud som om, det er pendulets svingningsplan, som drejer i en fuld cirkel på 24 timer. Tingene bliver mere indviklede, hvis man hænger et Foucault pendul op i Danmark. For når vores kugleformede klode roterer, tager den landet, bygningen, ophænget og pendulet med sig på en stor rundtur omkring jordaksen. Det påvirker pendulet, så der går længere tid, før svingningsplanet kommer hele cirklen rundt. I København går der 29,2 timer, før Jorden har drejet 360 grader under pendulet. Eksperimentet med møtrik-pendulet og kontorstolen er selvfølgelig en meget simpel måde at vise princippet på. Men man kan se, at møtrik-pendulet bliver ved med at svinge i samme plan, selv om det tager på rundtur med kontorstolen - på samme måde som København tager en rundtur, når kloden roterer om sin egen akse. 7
Undersøg penduler Lav et pendul ved at binde en sytråd i en møtrik. Find et sted, hvor pendulet kan hænges op, så det kan svinge frit. Prøv med sytråde i forskellige længder, f.eks. 25 cm., 50 cm., 75 cm. og 100 cm. Er der forskel på, hvor lang tid det tager for pendulet at svinge 10 gange frem og tilbage, når trådens længde ændres? Bind et forskelligt antal møtrikker fast i snoren, f.eks. 1,2,3 og 4 møtrikker. Betyder vægten noget for, hvor lang tid pendulet er om at foretage 10 svingninger? Betyder det noget for svingningstiden, om man trækker pendulet et langt eller et kort stykke ud til siden, når man starter det? Lav en systematisk undersøgelse. Mere om Undersøg penduler Hvis du har udført forsøget Undersøg penduler, har du måske fundet frem til disse svar på de tre spørgsmål: 1. Er der forskel på, hvor lang tid pendulet er om at foretage 10 svingninger, når trådens længde ændres? Svar: Ja. Et pendul svinger frem og tilbage med en bestemt svingningstid. Jo kortere snoren er, jo kortere er svingningstiden. 2. Betyder vægten noget for, hvor lang tid pendulet er om at foretage 10 svingninger? Svar: Nej. Vægten er ikke afgørende. 3. Betyder det noget for svingningtiden, om man trækker pendulet et langt eller et kort stykke ud til siden, når man starter det? Svar: Forskellen er så lille, at det er svært at måle den med et almindeligt ur. 8
Koblede penduler I Experimentarium s Koblede Gynger kan man prøve, hvordan koblede penduler påvirker hinanden. Prøv et tilsvarende eksperiment i skolen eller hjemme: Bind et stykke sejlgarn fast mellem ryglænene på to stole. Lav huller i lågene til to filmdåser. Stik et stykke sejlgarn gennem hvert sit låg og bind en knude på indersiden. Lav en løkke i den anden ende. Fyld lige mange mønter i begge dåser og sæt lågene på. Lav to kroge af ståltråd og sæt dem fast på sejlgarnet mellem stolene. Hæng pendulerne op i krogene. Det er vigtigt, at pendulerne hænger i lige lange snore, og at den indbyrdes afstand mellem dem og stolene er nogenlunde ens. Sæt det ene pendul i svingninger og se, hvad der sker. Mere om Koblede penduler Sådan påvirker koblede penduler hinanden: De to penduler hænger på samme snor. Når det ene pendul sættes i svingninger, vil du opdage, at det andet pendul begynder at svinge helt af sig selv. Jo mere fart det andet pendul får på, jo langsommere bliver det første. Efter en tid står pendul nummer et stille, mens pendul nummer to svinger i fuld fart. Så vender processen, og det første pendul begynder igen at svinge, mens det andet pendul mister fart. Det andet pendul svinger i en anden takt end det første. Når pendul nummer et er ude for enden af banen, er pendul nummer to midt i banen. Så snart det andet pendul begynder at svinge, rykker det i snoren, og rykket tapper energi fra det første pendul, som overføres til det andet pendul. Derfor svinger det første pendul langsommere og langsommere, mens det andet pendul svinger hurtigere og hurtigere. På et tidspunkt standser det første pendul helt. Så vender processen, og nu er det det andet pendul, som overfører energi til det første, som igen begynder at svinge. Man kan sammenligne med en gynge. Når man svinger benene frem og trækker kroppen tilbage på det rigtige tidspunkt for enden af banen, svinger gyngen højere og højere. Men hvis man gør det på et forkert tidspunkt, går gyngen i stå. I de koblede penduler, rykker det andet pendul altid i det første pendul på et forkert tidspunkt. Resultatet er, at det første pendul mister energi, som overføres til det andet pendul. 9
Regn pendulet ud Med en simpel ligning kan man regne ud, hvor lang tid et Foucault pendul er om at gennemføre en fuld cirkel på en hvilken som helst breddegrad. Omdrejningstiden for en fuld cirkel kan udregnes til: 24 sinus (breddegraden) timer Prøv med København som eksempel: Københavns centrum ligger på 55,4 graders nordlig bredde. Indtast 24 på din regnemaskine. Divider med sinus til 55,4 grader. Det gør du ved først at trykke på sinusknappen, hvorefter du taster breddegraden ind. Facit = 29,2 timer for en fuld omdrejning. Prøv at lave beregningen for andre byer, f.eks.: Aarhus: 56,2 graders nordlig bredde. Jerusalem: 31,4 graders nordlig bredde. Lagos: 6,3 graders nordlig bredde. Mere om Regn pendulet ud Så lang tid er et Foucault pendul om at gennemføre en fuld cirkel på forskellige breddegrader: Aarhus: 56,2 graders nordlig bredde. Facit = 28,8 timer. Jerusalem: 31,4 graders nordlig bredde. Facit = 46 timer. Lagos: 6,3 graders nordlig bredde. Facit = 218,7 timer. 10