6. Enkla maskiner

Centralt innehåll

Kapitlet handlar om:

●    de fem enkla maskinerna
●    hur tanken bakom de enkla maskinerna används i olika moderna anordningar.

Undervisningstips och tilläggsinformation

I boken finns rutor som förklarar formler för uträkningar inom fysiken. I början av lärarmaterialet till kapitel 1 finns ett dokument med bokens alla formler samlade. I dokumentet finns även några tilläggsuppgifter att räkna.

s. 129 Trampa i luften och växla

Antalet växlar varierar beroende på olika cyklar och det finns förstås även cyklar utan växlar. Växlarna är små kransar med tänder, liknande kugghjul, som sitter på cykelns bakhjul och är kopplade till cykelns vevaxel vid pedalerna genom en kedja. 
De olika storlekarna på cykelns bakaxel tillåter cyklisten att cykla snabbare på raka och jämna sträckor för att byta till annan växel som gör det lättare att cykla upp för en backe. Växlarna i sin tur byts genom att växelspaken flyttar kedjan från ett av cykelns kugghjul till nästa och detta ändrar cykelns fart och hur hårt cyklisten måste trampa för att få cykeln att röra på sig. Ju större kugghjul, desto hårdare måste hen trampa för att komma framåt. Ett mindre kugghjul innebär att det är lättare att trampa, men cyklisten får trampa snabbare för att komma framåt. Pedalerna som är kopplade till cykelns vevaxel sitter mittemot varandra vilket gör att cyklisten lättare kan öka styrkan i sina ben när hen cyklar.

s. 132 Lutande planet och en planka

Det är viktigt att använda samma planka i alla försök. Olika plankor kan ge olika friktion och påverkar på så sätt resultatet. Dra föremålet till samma höjd vid varje försök, inte lika långt längs plankan. Diskutera gärna detta med eleverna. Se till att dynamometern alltid ligger parallellt med plankan som föremålet dras längs. Ju brantare plankan ställs, desto större kraft behövs men desto kortare är sträckan. Troligtvis kommer arbetet att vara mindre med ett brant plan. Å andra sidan krävs det mindre kraft ifall plankan bildar ett mer moderat plan.

Diskutera och jämför med lutande plan i verkligheten. Varför drar man en tung låda längs ett lutande plan för att få upp lådan i en paketbil ifall det vore ett mindre arbete att bara lyfta upp den? Ett lyft innebär ju att man helt kommer förbi friktionsarbetet. Svaret på den frågan är att kraften som finns att tillgå kanske inte räcker till för att lyfta lådan.

s. 137 Hur kan du balansera mynten?

Alla mynt i detta experiment bör vara likadana. Två mynt har dubbelt så stor massa som ett mynt. Då behöver det enskilda myntet befinna sig dubbelt så långt från balanspunkten. För att uppnå jämvikt i detta experiment ska de två mynten placeras ungefär halvvägs mellan ändan av linjalen och suddgummit.

Sambandet ni kommer fram till är ungefär detta:
massa 1 gånger avstånd 1 ska vara lika med massa 2 gånger avstånd 2, alltså
m1 ⋅ avstånd1 = m2 ⋅ avstånd2
Att det är ungefärligt i detta sammanhang beror på att balansbrädan också har en massa. Ju lättare den är, desto mindre påverkar den resultatet.

Här kan eleverna simulera en tvåarmad hävstång i form av en gungbräda. Simuleringen kan också fungera som ett alternativ till experimentet. Välj Balanslabbet och låt eleverna så långt som möjligt själva lista ut sambandet mellan massor och avstånd. Efteråt kan de testa spelet.

s. 142 Med hjul eller utan hjul

Gummisnodden kommer att töjas ut längst ifall ni bara drar brädan längs underlaget. Hurdant resultat ni får i de två övriga fallen beror på hur väl pennorna hålls parallella och hur pass väl de rullar. Det beror i sin tur bland annat på hur rent underlaget är. Minsta lilla skräp på underlaget påverkar resultatet. Hur väl kärran med hjulen rullar beror på hur pass väl hjulen rullar.
Ställt utom allt rimligt tvivel är dock att hjulen har en mindre yta mot underlaget och därför påverkas mindre av eventuella ojämnheter. Hjulen hålls också på plats under experimentet.

Tilläggsexperiment till kapitel 6

Om det finns en lekplats i närheten av skolan kan ni gärna göra praktiska experiment för att illustrera och tydliggöra flera av de enkla maskinernas funktioner. 

Hävstången med hjälp av en gungbräda

Be en elev lyfta en kompis en halv meter upp i luften. Testa sen hur det känns att lyfta samma person med hjälp av gungbrädan.

Överföring av energi med hjälp av gungor

Bind ihop två gungor som hänger bredvid varandra. Bind gärna ganska högt upp i repet. Låt en elev sätta sig i den ena gungan och en annan elev i den andra gungan. Eleverna testar turvis om de kan få den andra gungan att börja röra sig genom att gunga i sin egen gunga.

Pendelns svängningstid

Undersök pendelns svängningstid genom att tvillinggunga, det vill säga låt två personer gunga bredvid varandra. De som gungar varierar amplitud, alltså gungans längd, genom att den ena sitter och den andre står upp. De kan också variera sin tyngd genom att hålla i olika vikter samtidigt som de gungar.

Friktion och olika föremåls acceleration med hjälp av en rutschkana

Att åka i en rutschkana är ett bra sätt att undersöka hur hög eller låg friktionen är mellan olika ytor. När eleverna själva åker nedför en rutschkana kan de ta reda på om det är någon skillnad om banan är torr eller fuktig eller om det har någon betydelse vilka kläder de har på sig.

Efter att ha testat olika föremål som glider ner längs ytan, kan eleverna fortsätta med att jämföra olika föremål som rullar. De behöver tre likadana flaskor: en tom, en fylld med sand och en fylld med vatten. Diskutera vilken flaska som ni tror är snabbast. Testa sen om det stämmer.

Friktionen gör också att runda föremål börjar rulla eller rotera. Vattnet i flaskan följer inte med lika mycket i rotationen som sanden och därför rullar vattenflaskan snabbare. Kompakta bollar rullar lite snabbare än flaskan med sand. Bollar som har all massa i ett skal rullar däremot långsammare.

Centripetalkraft och acceleration med hjälp av en karusell

Låt eleverna testa att åka i karusell och se hur kroppen påverkas. När de åker i en karusell vill deras kroppar fortsätta rakt fram i kurvorna, men karusellen tvingar kropparna att svänga i en bana. Denna tröghet utnyttjas också i berg och dalbanor.

När eleverna åker i karusellen är farten minimum eller maximum i bottnen men hastighetens riktning ändrar. En centralrörelse sker när föremål snurrar runt ett centrum.

Ni kan också jämföra med släggkastning. Om man tittar på en släggkastare precis innan hen kastar iväg släggan, ser man att släggan vill färdas rakt fram men tvingas i en rund bana av snöret. När släggkastaren släpper snöret kommer släggan att färdas i en rät linje från den punkt där den släpptes. 

Den kraft som gör att släggkastaren inte flyger iväg, utan trycks inåt när hen snurrar i ringen kallas centripetalkraft och är motsatsen till centrifugalkraft. Det är samma kraft som verkar på karusellåkarna. Om centripetalkraften inte skulle verka, skulle de åka rakt fram.

Bildanalysfrågor

Här finns frågor som förslag till ganska fri bildanalys. Du kan använda frågeorden på pärmen, välja bland frågorna här under eller formulera helt egna frågor och funderingar.

s. 128 Inledningsbilden 

Vilka enkla maskiner från bilden har du använt någon gång?
Vilken maskin på bilden är din favorit?
Vilken maskin är den enklaste, tycker du?
Vilken av de enkla maskinerna är vanligast förekommande?
Ser du i klassen olika ställen där maskinerna använts eller används?

s. 134 Äppelsvarven

Har du använt en äppelsvarv?
Om du inte har använt en äppelsvarv, hur tror du att den fungerar?
Hur många andra redskap behöver du använda om du vill få samma saker gjorda men nu utan svarven?
Kommer du på andra användningsområden för en liknande apparat?
Skulle det fungera att skala potatis med äppelsvarven?

s. 136 Gungbrädan

När testade du senast en gungbräda?
Vem gungade du med?
Hur gick det?
Vad händer om den tyngre personen hoppar ganska snabbt av gungbrädan?
Vad händer om hen hoppar ganska snabbt på igen?
Jämför gungbrädan med en katapult. På vilket sätt utnyttjar katapulten gungbrädans egenskaper?

Facit till räkneuppgifter

s. 138

1.
A) Brandsläckarens massa är 6 kilogram och avståndet 8 meter, skräpkorgens massa är 12 kilogram och avstånd är då 4 meter.

B) Det mindre paketets massa är 1 kilogram och avståndet 8 meter, det större paketets massa är 4 kilogram och avståndet är då 2 meter.
Ledtråd för att räkna ut sambandet: när du multiplicerar massan med avståndet så ska produkten vara lika stor på båda sidor av likhetstecknet.

2.
A) Paket A väger 4 kilogram.

B) Paket C väger 3 kilogram.

Facit till uppgifter på sidorna 145–147

1.
A)
Här kunde det åtminstone nämnas maskiner som fungerar på liknande sätt som de på bilderna, men vilka som nämns beror ju på vilka maskiner som eleverna kommit kontakt med.

2.
Det man vinner i kraft förlorar man i väg, vilket innebär att man kan klara en förflyttning med mindre kraft om man väljer en lättare väg. Det är lättare att gå uppför en backe om den sluttar mindre även om vägen är längre. Det känns tungt att gå rakt uppför backen.

3.
A) Yxans egg, ett knivblad.

B) Enarmad hävstång: en kofot, en nötknäppare, en skottkärra. 
Tvåarmad hävstång: en sax, en kvistsax, ett gungbräde.

C) En korkskruv, en borr, en spiraltrappa.

4.
Serpentinvägar tillämpar mekanikens gyllene regel som säger att det du förlorar i väg vinner du i kraft. Även om serpentinvägar innebär att bilar och bussar måste ta sig en längre väg så är det inte lika påfrestande för motorn, kopplingen och bromsarna. Dessutom är det säkrare i alla väderförhållanden med serpentinväg när det går att kontrollera fordonet jämfört med en kort och brant väg.