Cirkus Fysikus eksperimenter (7. - 10. kl.) - Experimentarium

EKSPERIMENTER FOR 7. - 10. KLASSEEksperimenter om gyroer og flyvningLav en cykelhjulsgyroDu 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 ide to håndtag, mens du løfter benene fra gulvet.• Lad en kammerat sætte cykelhjulet i stærk rotation.• Drej nu det spindende cykelhjul til siden. Så begynderstolen at dreje rundt.Hvad sker der, hvis det roterende cykelhjul drejes til denanden 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 skalbruges kræfter for at ændre det plan, som hjulet drejerrundt i. Gør du det, vil hjulet påvirke dig med en tilsvarendekraft.Når det roterende cykelhjul drejes til siden, svarer hjulettilbage ved at påføre dig og kontorstolen en drejning i enanden 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 ogluften. Energien er dog ikke forsvundet, men omsat til denvarme, som opstår ved friktionen.1

Supersvæveren og HurtigflyverenUdformningen af et fly har stor betydning for flyveegenskaberne.Det kan du teste ved at bygge to vidt forskelligepapirfly, Supersvæveren og Hurtigflyveren. Følg opskrifterneog afprøv flyene. Hvorfor har de forskellige egenskaber?Sådan bygges Supersvæveren2

Sådan bygges HurtigflyverenMere 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 kangive et godt svæv. Vingefanget er stort i forhold til vægten.Et jagerfly har masser af motorkraft til at drive det fremadgennem luften. Derfor behøver vingerne ikke at være såstore som i et svævefly for at skabe opdrift. Jagerflyetskal flyve hurtigt, og derfor er det udformet som en smalpilespids. På den måde bliver luftmodstanden lille.3

Eksperimenter om vægtprincipper og kræfterFlyt noget stortDa Erik Reitzel skulle planlægge flytningen af den gamleterminal i Københavns Lufthavn, var han selvfølgelig klarover, at der kun var en ting at gøre: Bygningen skulle rullesaf sted på mange hjul.Det er ikke tilfældigt, at hjulet regnes for en af de størsteopfindelser i verdenshistorien. Men allerede før hjuletblev 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 prøvetat rulle et omvendt bord af sted, mens der står en gruppekammerater på det: Man skal være hurtig med at flytterundstokkene, så bordet hele tiden har stokke at rulle på!• Vend et bord om, og lad en gruppe kammerater stillesig på det. Prøv at sætte en anden gruppe til at bærebordet – eller rettere sagt: Lad være, for det har ryggenikke godt af! Læg i stedet fire rundstokke under bordetog tril af sted med det. Det kræver ikke nær så mangekræfter.Hvad er det største problem, når man flytter noget medruller?• Lav en konkurrence, hvor I kappes om at flytte nogetstort og tungt på den korteste tid.5

Løft noget tungtNår man skal løfte eller vippe noget tungt, er det en godide at bruge vægtstænger. Test princippet på en enkelmåde:• Stik en lineal ind under en bog, og placer en blyant påtværs 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. entræplade med en kammerat ovenpå. Erstat linealen meden rundstok og blyanten med en stor sten. Skal stenenplaceres tæt på pladen eller langt fra den?Mere om “Løft noget tungt”Når man løfter tunge ting med vægtstænger, skal manikke bruge ret mange kræfter, når omdrejningspunktet ertæt 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 herden sten, som du skubbede ind under rundstokken.Årsagen til, at det er let at løfte med en vægtstang, erprincippet ”kraft gange arm”.Når stenen er tæt på pladen, er den arm, som man løftermed meget lang, og derfor kan den tunge plade vippesmed en beskeden kraft. Hvis stenen placeres langt fratræpladen, er armen kort, og man spilder en masse kræftertil ingen nytte.Princippet bruges blandt andet i en boltsaks, som letklipper en metalstang over. Boltsaksen har korte bladeog meget lange håndtag, og derfor klemmes saksens toblade sammen med stor kraft.6

Eksperimenter om pendulerFå en fornemmelse af FoucaultpenduletI har næppe mulighed for at rejse til Nordpolen og hængeet Foucault pendul op der. Men I kan få en fornemmelseaf, hvordan pendulet virker.• Lav et stativ af trælister og sæt det fast på en kontorstolmed kraftig tape.• Lav et pendul af en snor og en møtrik. Hæng pendulet itræstativet.• Sæt først pendulet i svingninger, og derefter kontorstolentil at dreje rundt.Læg mærke til om pendulet bliver ved med at svinge isamme plan, selv om kontorstolen drejer rundt.Mere om “Få en fornemmelse af Foucaultpendulet”Når man laver eksperimentet med møtrik-pendulet påkontorstolen, kan man se princippet i et Foucault pendul.Der ville naturligvis være tydeligere, hvis man hængte etpendul op lige over nordpolen eller sydpolen. Når penduletsættes i svingninger, bliver det ved med at svingei samme plan i forhold til stjernerne og galakserne.Pendulet er helt upåvirket af, at Jorden drejer rundt underdet som en langsom snurretop, der er et døgn om en fuldomdrejning.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 Foucaultpendul op i Danmark. For når vores kugleformedeklode roterer, tager den landet, bygningen, ophænget ogpendulet med sig på en stor rundtur omkring jordaksen.Det påvirker pendulet, så der går længere tid, før svingningsplanetkommer hele cirklen rundt. I København gårder 29,2 timer, før Jorden har drejet 360 grader underpendulet.Eksperimentet med møtrik-pendulet og kontorstolen erselvfølgelig en meget simpel måde at vise princippet på.Men man kan se, at møtrik-pendulet bliver ved med atsvinge i samme plan, selv om det tager på rundtur medkontorstolen - på samme måde som København tager enrundtur, når kloden roterer om sin egen akse.7

Undersøg pendulerLav et pendul ved at binde en sytråd i en møtrik. Find etsted, 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 langtid det tager for pendulet at svinge 10 gange frem ogtilbage, når trådens længde ændres?• Bind et forskelligt antal møtrikker fast i snoren, f.eks.1,2,3 og 4 møtrikker. Betyder vægten noget for, hvorlang tid pendulet er om at foretage 10 svingninger?Betyder det noget for svingningstiden, om man trækkerpendulet et langt eller et kort stykke ud til siden, når manstarter det?Lav en systematisk undersøgelse.Mere om “Undersøg penduler”Hvis du har udført forsøget ”Undersøg penduler”, har dumåske fundet frem til disse svar på de tre spørgsmål:1. Er der forskel på, hvor lang tid pendulet er om at foretage10 svingninger, når trådens længde ændres?Svar: Ja. Et pendul svinger frem og tilbage med enbestemt svingningstid. Jo kortere snoren er, jo kortere ersvingningstiden.2. Betyder vægten noget for, hvor lang tid pendulet er omat foretage 10 svingninger?Svar: Nej. Vægten er ikke afgørende.3. Betyder det noget for svingningtiden, om man trækkerpendulet et langt eller et kort stykke ud til siden, nårman starter det?Svar: Forskellen er så lille, at det er svært at måle denmed et almindeligt ur.8

Koblede pendulerI Experimentarium’s Koblede Gynger kan man prøve,hvordan koblede penduler påvirker hinanden. Prøv ettilsvarende eksperiment i skolen eller hjemme:• Bind et stykke sejlgarn fast mellem ryglænene på tostole.• Lav huller i lågene til to filmdåser. Stik et stykke sejlgarngennem 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 sejlgarnetmellem stolene.• Hæng pendulerne op i krogene. Det er vigtigt, at pendulernehænger i lige lange snore, og at den indbyrdesafstand 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 enependul sættes i svingninger, vil du opdage, at det andetpendul begynder at svinge helt af sig selv. Jo mere fartdet andet pendul får på, jo langsommere bliver det første.Efter en tid står pendul nummer et stille, mens pendulnummer to svinger i fuld fart. Så vender processen, og detførste pendul begynder igen at svinge, mens det andetpendul mister fart.Det andet pendul svinger i en anden takt end det første.Når pendul nummer et er ude for enden af banen, er pendulnummer to midt i banen. Så snart det andet pendulbegynder at svinge, rykker det i snoren, og rykket tapperenergi fra det første pendul, som overføres til det andetpendul. Derfor svinger det første pendul langsommere oglangsommere, mens det andet pendul svinger hurtigereog hurtigere. På et tidspunkt standser det første pendulhelt. Så vender processen, og nu er det det andet pendul,som overfører energi til det første, som igen begynder atsvinge.Man kan sammenligne med en gynge. Når man svingerbenene frem og trækker kroppen tilbage på det rigtigetidspunkt for enden af banen, svinger gyngen højere oghøjere. Men hvis man gør det på et forkert tidspunkt, gårgyngen i stå.I de koblede penduler, rykker det andet pendul altid i detførste pendul på et forkert tidspunkt. Resultatet er, at detførste pendul mister energi, som overføres til det andetpendul.9

Regn pendulet udMed en simpel ligning kan man regne ud, hvor lang tid etFoucault pendul er om at gennemføre en fuld cirkel på enhvilken som helst breddegrad.Omdrejningstiden for en fuld cirkel kan udregnes til:24sinus (breddegraden)timerPrøv med København som eksempel:Københavns centrum ligger på 55,4 graders nordligbredde.• Indtast 24 på din regnemaskine.• Divider med sinus til 55,4 grader. Det gør du ved først attrykke på sinusknappen, hvorefter du taster breddegradenind. 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 enfuld 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