Fysik, Kraft och tryck, åk 7, vt 20

I detta arbetsområde ska vi prata om kraft och tryck.

Till dig som elev:

Arbetsområdet

Man brukar säga att Isaac Newton upptäckte tyngdkraften när ett äpple föll ner i huvudet på honom. Han började fundera på varför ett äpple faller rakt mot jorden medan månen snurrar runt jorden. Newton insåg att det är samma kraft som håller jorden, månen och planeterna på plats, som får äpplet att falla till marken. Men vad är en kraft? Man kan säga att en kraft antingen drar i något eller skjuter på. En kraft kan få något att röra sig, men också att stanna. Man talar då om t ex motkraft, friktionskraft och lyftkraft. När du puttar på en vagn använder du muskelkraft, samtidigt trycker vagnen med en motkraft mot dig. Till varje kraft finns en motkraft. Ibland är det motkraften som gör nytta, t ex när du sitter i en båt och vill skjuta ut den från bryggan. Då trycker du mot bryggan och det är motkraften som får båten att ge sig iväg. Newton upptäckte tyngdkraften, men vad är det egentligen? Det gav han inget svar på. Dock gjorde Newton en fysikalisk modell enligt vilken det finns en gravitationskraft, eller dragningskraft, mellan alla föremål som har massa. Jordklotet påverkar dig med en dragningskraft, det märker du genom tyngdkraften. Detta betyder att jordklotet drar dig till sig. Du påverkar också jordklotet med en dragningskraft, men den är väldigt svag eftersom din massa är liten i jämförelse med jordklotets massa. Det finns också en dragningskraft mellan t ex två mynt som ligger på ett bord, de drar i varandra men ligger ändå stilla. Det beror på att friktionskraften mellan mynt och bord är lika stor som dragningskraften mellan mynten. Hur stark kraften mellan två saker är beror på deras massa och avståndet mellan dem, stor massa och litet avstånd ger en stark dragningskraft. Tyngd och vikt är två olika saker för en fysiker. Vikt är samma sak som massa, ett mått på hur mycket materia det finns i ett föremål. Tyngden är samma sak som tyngdkraften som drar i ett föremål. Astronauter i rymden är nästan tyngdlösa men de är absolut inte viktlösa! Astronauterna som landar på månen har fortfarande samma vikt som på jorden, men eftersom månen är mindre än jorden blir tyngdkraften på månen svagare. När man mäter kraft använder man en dynamometer. Krafter mäts i enheten newton (N). Om man hänger en vikt på 1 kg på en dynamometer, visar den 10 N. Man kan alltså räkna ut tyngdkraften genom att multiplicera massan med 10. Alla föremål har en tyngdpunkt. Tyngdpunkten ligger mitt i kroppen eller föremålet, där all massan verkar finnas samlad. För att ett föremål ska stå stadigt måste tyngdpunkten finnas rakt över stödytan. När du står på båda fötterna blir stödytan stor. Även om du skulle luta rätt mycket ligger tyngdpunkten fortfarande kvar över stödytan. Därför står du stadigt. Men när du står på ett ben blir stödytan mycket mindre. Om du står på vänster ben måste du luta lite åt vänster för att tyngdpunkten ska hamna över vänster fot. Då är det lätt att vingla till så att tyngdpunkten hamnar utanför stödytan. En stor stödyta ger bättre stabilitet än en liten.  

Om du har varit ute och gått i djup snö någon gång vet du hur jobbigt det kan vara, man sjunker ner i snön hela tiden. Men om du sätter på dig ett par skidor går det mycket bättre. Den kraft som verkar på snön på grund av dig är alltid lika stor, det har ingen betydelse om du har skidor på dig eller inte. Men kraften fördelas på en större area när du har skidor på dig. Det innebär att trycket mot snön blir mindre. Tryck beskriver hur en kraft fördelar sig på en area och beräknas genom att dividera kraft med area. Enheten för tryck är newton per kvadratmeter (N/m²). Den enheten har fått ett eget namn nämligen Pascal (Pa). Om du måste ta dig fram på svag is för att hjälpa någon som gått ner sig i en vak ska du lägga dig på magen och åla fram. Då fördelas kraften på en större yta, trycket blir mindre och isen håller bättre. Det är inte bara fasta föremål som orsakar tryck, vätskor och gaser gör det också. Eftersom luften består av materia väger den något. Ovanför en kvadratmeter markyta finns det ungefär 10 000 kg luft som har en tyngd av 100 000 N eller 100 000 Pa. Eftersom det är luften som ger trycket kallas det lufttryck. Ett annat namn på 100 000 Pa är 1 atmosfärs tryck. I alla gaser sprider sig trycket åt alla håll. Det sprider sig uppåt, nedåt och åt sidorna. Trycket blir lika stort i alla riktningar. När det är samma tryck från alla håll märker du inte det, därför känner du inte av det normala lufttrycket vid marken. När man mäter gasers tryck, mäter man partiklarnas stötar mot en yta. Ökar temperaturen, ökar partiklarnas rörelse vilket ger fler stötar och ett högre tryck. Ökar antalet partiklar blir det fler stötar och ett högre tryck. Finns det inga partiklar alls blir trycket 0, det är vakuum. När man med hjälp av en pump pressar in gasen i en behållare, t ex i ett cykeldäck, ligger partiklarna tätare än tidigare och trycket blir högre. Man säger att det skapas ett övertryck. I vätskor sprider sig trycket åt alla håll precis som i gaser, detta utnyttjar man i vattentorn och i vattenledningar. I vattentorn finns en hög pelare av vatten som trycker ut vattnet med sin egen tyngd genom vattenledningarna och upp i husen. Vattnet kan bara stiga precis så högt som vattenytan i tornet. Därför måste vattentornet vara högre än de översta våningarna i husen. Du vet nog att det är svårt att trycka ner en boll under vatten. Bollen ploppar upp igen så fort man släpper den. Det beror på att bollen påverkas av en lyftkraft när den sänks ner i vätskan. Trycket i vattnet verkar åt alla håll och lyfter därför kroppen (föremålet, i detta fall bollen). Om lyftkraften är större än tyngdkraften flyter kroppen. Detta gäller också om ett föremål har högre densitet än vätska och sjunker. Om du t ex försöker lyfta en tung sten som ligger i vattnet så märker du att det går lättare så länge stenen är kvar under vattnet. Det beror på att under vatten har du hjälp av vattnets lyftkraft att lyfta stenen. Man kan visa med experiment att lyftkraften som verkar på ett föremål i en vätska är lika stor som tyngden hos den vätska som föremålet trängde undan. Det var den grekiske matematikern Arkimedes som kom på detta och det kallas därför Arkimedes princip. Även en gas som t ex luft, ger en viss lyftkraft. Men det behövs mer än så för att ett tungt flygplan ska kunna lyfta. Genom vingarnas buktiga form, vinkeln på vingarna och den höga farten kan man få planet att lyfta. 

Mål

• veta vad som menas med tygdkraft 
• veta vad som menas med en kraft och i vilken enhet man mäter den i 
• veta vad som menas med en motkraft
• känna till begreppen tyngdpunkt och stödyta
• förstå vad som menas med tryck 
• veta vad lufttryck och vattentryck är 
• känna till Arkimedes princip

Arbetssätt 

• muntliga genomgångar och diskussioner 
• enskilt och/eller gemensamt arbete med instuderingsfrågor  

Redovisningsform

Du redovisar dina kunskaper genom:

• ditt resonemang vid diskussioner
• dina svar på provet

Bedömning

Jag bedömer dina förmågor vid varje lektionstillfälle. Det jag tittar på är:

• om du bidrar till att föra diskussionen framåt på lektioner genom frågor och resonemang 
• huruvida och i vilken utsträckning du använder för arbetsområdet relevant begrepp i diskussioner och i det skriftliga provet 

Läroplansmål

Syfte

• använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle,
• använda fysikens begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska samband i naturen och samhället.

Centralt innehåll

• Krafter, rörelser och rörelseförändringar i vardagliga situationer och hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet.
• Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor.
• De fysikaliska modellernas och teoriernas användbarhet, begränsningar, giltighet och föränderlighet.