Færðu inn athugasemd

Loftbelgir og flotkraftur (Balloons and buoyancy)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Í þessari sýndartilraun gefst nemendum kostur á að kynnast tengslum hitastigs, þrýstings, rúmmáls og efnismagns í mismunandi lofttegundum ásamt því að skoða flotkraft í lofti með mismunandi hluti á borð við loftbelg, helíumblöðru og hola, ósveigjanlega kúlu. Einnig gefst nemendum kostur á að setja í samhengi hugtökin, flotkraft, þyngdarkraft, hitastig, þrýsting og rúmmál, þar sem þeir læra að við aukinn þrýsting hækkar hitastigið og þegar rýmið er stækkað og inniheldur sama magn sameinda og áður lækkar þrýstingurinn ásamt hitastiginu.

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Sýndartilraunin hefur að geyma tilraunir með loftbelg, ósveigjanlega hola kúlu, helíum blöðru og eiginleika lofttegunda. Og er hægt að skoða þessi fyrirbæri út frá mismunandi aðstæðum með tilliti til flotkrafts, þyngdarkrafts, hitastigs, hreyfingar sameinda og þrýstings sem virkar á rýmið sem tilraunirnar eru framkvæmdar í, einnig er hægt að breyta stærð rýmisins.

Í tilrauninni með loftbelginn (hot air balloon) er unnið með lofttegundir í lokuðu rými. Hægra megin í tilrauninni er stika þar sem hægt er að breyta þyngdarkrafti og fastsetja hitastig, þrýsting og rúmmál rýmisins. Með því að klikka með músinni og toga í prikið á pumpunni, sem er staðsett hægra megin við rýmið, og þrýsta því svo aftur niður, er hægt að bæta inn í rýmið, þungum eða léttum sameindum með því að haka við hvort bæta á við þungum eða léttum sameindum. Hægt er að hafa bæði kveikt og slökkt á loganum í loftbelgnum og auka þannig eða minnka hitastigið í loftbelgnum.  Einnig er hægt að hita og kæla loftið í rýminu með því að kveikja á hitaprímusnum undir rýminu eða velja kælingu með ís. Með því að draga til vinstri vegginn í rýminu má breyta rúmmáli þess. Neðarlega á stikunni hægra megin er einnig hægt að velja það að sjá mælingar á hreyfingu sameinda inn í loftbelgnum miðað við hitastig, þrýsting og fleira breytilegt í rýminu, undir heitinu verkfæri og möguleikar (tools and options). Möguleikarnir eru meðal annars þeir að setja upp mælistiku til að mæla rýmið, hversu mikið það stækkar eða minnkar við ofangreindar breytingar, ásamt því að geta valið að sjá gröf og aðrar upplýsingar um hraða breytinganna sem verða á hreyfingu sameindanna þar sem hugtakið hreyfiorka kemur meðal annars við sögu. Undir sýndartilrauninni er takki (II) sem hægt er að ýta á til að stöðva alla hreyfingu í rýminu, einnig er hægt að ýta aftur á hann til að kveikja á hreyfingunni að nýju. Minni takki er hægra megin við þennan takka og á hann er hægt að klikka til að sjá hreyfingu innan rýmisins, hægt, skref fyrir skref, þegar búið er að slökkva á hreyfingunni. Tilraunirnar ósveigjanleg hol kúla (rigid hollow sphere), helíum blaðra (helium balloon) og eiginleiki lofttegunda (gas properties) bjóða einnig upp á svipaða möguleika og því hægt að sjá muninn á hreyfingu lofttegundanna með mismunandi hluti innan rýmisins eða eingöngu lofttegundir, þar er hægt að skoða hreyfingu loftsameindanna án utanaðkomandi truflunar annarra hluta. Líkt og í tilrauninni með loftbelginn, þar sem hægt er að ráða því hvort kveikt eða slökkt sé á hitanum í honum, er hægt að bæta við og minnka þungar eða léttar sameindir að vild inní holu kúlunni og bæta við eða minnka helíum í helíumblöðrunni.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni og hvernig má nýta hana í kennslu?

Sýndartilraunin kemur sér vel þegar verið er að kenna nemendum tenginguna á milli þrýstings (P=F/A), rúmmáls (V) og hitastigs (T). Sýndartilraunin er ekki mjög flókin og ætti því að henta vel nemendum á unglingastigi grunnskóla og jafnvel væri hægt að nýta sýndartilraunina einnig á miðstigi, en þá með einfaldari útskýringum.

Sýndartilraunin hentar vel þegar kenna á námsefnið straumefni og krafta í straumefnum, með áherslu á þrýsting í vökvum og lofti, flotkarft og lögmál Arkimedesar sem segir að flotkraftur á hlut sé jafn þyngd þess vökva sem hluturinn ryður frá sér. Þarna fá nemendur tækifæri á að sjá það að við meiri þrýsting hækkar hitastigið og  þrýstingurinn eykst ef rýmið sem sameindirnar eru inní er minnkað, án þess að fækka eða fjölga sameindunum. Sýndartilraun sem þessi ætti einnig að gefa nemendum góða sýn á atómkenninguna og hegðun frumeinda lofts, það að meiri hreyfing verði á frumeindum loftsins eftir því sem hitastigið hækkar og oft mikið um árekstra frumeinda en við kólnun hægist á hreyfingu þeirra og minna verður um árekstra þeirra á milli.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um straumefni og krafta í straumefnum, þá sérstaklega í tengslum við efni um flotkrafta og lögmál Arkimedesar.

  • Þar sem talað er um helíumblöðrur, þrýsting í dekkjum o.sfrv.
  • Einnig gott dæmi með ryksuguna í tilrauninni með eiginleika lofts (Gas Properties), þegar lokið dettur af kassanum vegna þrýstings og loftið leitar út líkt og fram kemur í námsefninu í sambandi við  viftu í ryksugum.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Lofttegundir og flotkraftur

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti reiknað út orsök þess að loftbelgur, ósveigjanleg hol kúla og helíum blaðra rísa upp eða detta niður inn í rýminu.
  • Að nemendur geti spáð fyrir um mismunandi breytingar á milli þrýstings (P), rúmmáls (V), hitastigs (T) og ótal áhrifavalda á hreyfingu blaðranna.
  • Að nemendur viti að við aukið hitastig eykst hreyfing frumeinda í lofti og hreyfing þeirra minnkar þegar hitastigið lækkar.
  • Að nemendur geri sér grein fyrir því að heitt loft í lokuðu rými stígur upp en kaldara loftið helst neðar í rýminu.

Hugmyndir fyrir kennara:

http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/balloons-and-buoyancy-guide.pdf

Færðu inn athugasemd

Flotkraftur (Buoyancy)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Í þessari sýndartilraun kynnast nemendur hugtakinu flotkrafti í vökva með hjálp miseðlisþungra hluta. Þarna gefst þeim kostur á að sjá tengslin á milli hugtakana massa, rúmmáls og eðlismassa og geta þannig dregið lærdóm af því að ef hlutur sem settur er ofan í vatnið er eðlisléttari (með minni eðlismassa) en vatnið, flýtur hluturinn á vatninu en ef hann er eðlisþyngri (með meiri eðlismassa) en vatnið mun hann sökkva í vatninu. Hægt er að vera með tvo kubba samtímis í sýndartilrauninni til að geta séð muninn á milli tveggja miseðlisþungra hluta með sama rúmmál eða hluta sem hafa mismunandi rúmmál en með sömu eðlisþyngd (eðlismassa).

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Í sýndartilrauninni er hægt að prufa sig áfram í innganginum (intro) og breyta kubbunum tveim sem eru þar í upphafi. Uppi í hægra horni tilraunarrýmisins er hægt að velja, með því  að haka við, hvort kubbarnir séu jafn þungir, hafi jafn stórt rúmmál eða séu með jafn mikinn eðlismassa. Neðarlega í vinstra horninu er hægt að haka í ákveðna reiti til að gera sýnilega þyngdarkrafta, flotkrafta og krafta sem verka við snertingu kubbsins við yfirborðið og með því er hægt að sjá bæði í hvaða átt kraftarnir verka og hversu miklir þeir eru í tölum. Einnig er hægt að haka við og hafa sýnilega þyngd kubbanna. Kubbana er svo hægt að láta ofan í laugina sem staðsett er fyrir miðju tilraunarýmisins, með því að klikka með músinni á þá og draga þá til og sleppa þeim ofan í. Þessi laug hefur að geyma 100 lítra af vatni í upphafi en einnig er hægt að breyta á milli vatns og olíu að vild. 100 lítra talan breytist svo eftir því hversu þungir kubbarnir eru sem settir eru ofan í laugina. Til að mynda verður laugin 104 lítrar þegar 4 kg kubb er bætt út í hana, þar sem rúmmál kubbsins bætist við rúmmál vökvans í lauginni. Með þessu einfalda dæmi geta nemendur séð tengslin á milli mismunandi mælieininga og séð að eitt kílógramm er jafnt einum lítra vatns. Hægra megin við laugina er staðsett vigt, sem hægt er að flytja kubbana ofan á og vigta þyngd þeirra í Newtonum (N) og sjá þannig hversu mikill þyngdarkraftur verkar á kubbana. Önnur vigt er svo staðsett  á botni laugarinnar og hægt er að vigta kubbana ofan í vökva laugarinnar og sjá þannig muninn á þyngd þeirra ofan í mismunandi vökvum og á jörðinni. Með þessum hætti gefst nemendum kostur á að sjá hvernig hlutir virðast léttast við að fara ofan í vökva þó massi þeirra breytist ekki. Þegar nemendur eru komnir með gott vald á innganginum geta þeir fært sig yfir í flotkraftsleiksvæði (Buoyancy Playground) sýndartilraunarinnar, þar sem þeim gefst kostur á að búa til sinn eigin kubb, ráða s.s. ummáli og þyngd en einnig geta þau valið um efnivið á borð við frauðplast, við,  vatnsklaka, múrsteina og ál. Allt sem hægt var að gera í innganginum er hægt að framkvæma á leiksvæðinu og meira til. Á leiksvæðinu er meira val um efnivið kubbanna og hægt að velja um að hafa einn eða tvo kubba ásamt því að fleiri möguleikar á að breyta eðlismassa vökvans í lauginni að vild og eru þar til dæmis efnin loft, bensín og hunang sem komu til viðbótar við vatnið og olíuna sem voru til staðar í innganginum. Kubbarnir eru nefndir A og B ef nemandinn velur að hafa tvo í tilrauninni og er hægt að breyta þeim að vild hvorum um sig og eru þeir alveg óháðir hvor öðrum.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?

Þessi sýndartilraun er frekar einföld þegar búið er að kynna sér efnið og ætti því að henta vel nemendum á unglingastigi grunnskóla og jafnvel væri hægt að nýta sýndartilraunina á yngri stigum en þá með auðveldari útskýringum og með samtengingu við raunverulegar tilraunir með hluti sem fljóta eða sökkva í mismunandi vökvum. Sýndartilraunin kemur sér vel þegar verið er að kenna nemendum um flotkrafta og lögmál Arkimedesar og það að kraftur hafi áhrif á þrýsting með þeim afleiðingum að þrýstingur eykst eftir því sem kraftur, sem verkar á hlutinn, verður meiri. Einnig læra nemendur tenginguna við flatarmál svæðisins sem krafturinn verkar á og gera sér þá grein fyrir því að hlutir sem eru eðlisléttari en vökvinn sem þeir eru settir ofan í, fljóta í vökvanum en þó mishátt uppi við yfirborðið, eftir því hversu mikið eðlisléttari þeir eru. Þannig hentar þessi sýndartilraun einnig vel þegar kenna  nemendum um eðlismassa hluta, að eðlismassi er hlutfall milli massa og rúmmáls efnis (Eðlismassi = massi / rúmmál) og áhrif þess hvort hlutir sökkvi eða fljóti á ákveðnum vökva, sem hefur minni eða meiri eðlismassa en hluturinn.

Hægt væri fyrir kennarann að hafa sýnikennslu í upphafi tímans þar sem hann biður nemendur að segja til um hvort þeir telji að ákveðinn hlutur sökkvi eða fljóti í vatni. Nemendur fengju upplýsingar um hvaða efni kubburinn væri úr, hversu þungur hann væri og fengju einnig að vita eðlismassa vatns og út frá því ættu þeir að geta leitað upplýsinga um eðlismassa hlutarins í sýndartilrauninni eða lotukerfinu (ef um frumefni er að ræða). Æskilegt væri að þessi kennsla færi fram eftir smá fræðslu um eðlismassa og útreikninga í þeim efnum. Væri hugsanlega of flókið viðfangsefni sem kveikja í upphafi kennslu um eðlismassa og lögmál Arkimedesar.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um straumefni og krafta í straumefnum, þá sérstaklega í tengslum við efni um krafta og flatarmál sem hafa áhrif á þrýsting, flotkrafta og lögmál Arkimedesar.

  • Þegar talað er um félagana sem fara í heitan pott og láta sig fljóta á vatninu
  • Eðlismassi er hlutfall milli massa og rúmmáls efnis og er eðlismassi = massi/rúmmáli

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Flotkraftur og eðlismassi

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti sagt fyrir um hvort hlutur sekkur eða flýtur þegar hann er settur ofan í vökva ef þeir fá uppgefinn eðlismassa hlutarins og vökvans.
  • Að nemendur geti notað skilgreininguna á eðlismassa bæði fyrir efni í vökvaformi og föstu formi.
  • Að nemendur geti sett í samhengi flotkraftinn sem verkar á hlutinn og það hvað vigtin sýnir þegar hluturinn er ofan í vökvanum.
  • Að nemendur geti lýst því hvernig flotkrafturinn sem verkar á hlutinn tengist eðlismassanum á vökvanum.
  • Að nemendur geti sagt til um þyngd alls hlutarins eða hluta hans sem fer í kaf með því að vita efnismagn og rúmmál hlutarins.
  • Að nemendur geti lýst kröftunum sem verka á allan hlutinn eða hluta þess sem fer í kaf.
  • Að nemendur geti útskýrt hvernig hlutur sem er með meiri eðlismassa en vökvinn, sem hann er settur útí, getur haldist á floti með því að staðsetja hann á hlut sem hefur minni eðlismassa en vökvinn.

Hugmyndir fyrir kennara:

http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/buoyancy-guide.pdf

Færðu inn athugasemd

Eðlismassi (Density)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Í þessari sýndartilraun kynnast nemendur hugtakinu flotkrafti í vatni með hjálp miseðlisþungra kubba. Þarna gefst þeim kostur á að sjá tengslin á milli hugtakana massa, rúmmáls og eðlismassa og geta þannig dregið lærdóm af því að ef hlutur sem settur er ofan í vatnið er eðlisléttari (með minni eðlismassa) en vatnið, flýtur hluturinn á vatninu, en ef hann er eðlisþyngri (með meiri eðlismassa) en vatnið, mun hann að öllum líkindum sökkva. Hægt er að velja á milli þess að vera með einn kubb, fjóra misstóra kubba að sömu þyngd, fjóra misþunga en jafn stóra kubba, fjóra misþunga kubba með sama eðlismassa  eða fimm kubba merkta A, B, C, D og E, mismunandi af stærð og þyngdin sést ekki fyrr en þeir eru vigtaðir á vigt sem staðsett er vinstra megin í tilraunarrýminu.

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Í sýndartilrauninni er í upphafi einn kubbur sem hægt er að breyta á ýmsan hátt. Uppi í hægra horni tilraunarrýmisins er svo hægt að velja, með því haka við, hvort um einn kubb sé að ræða, fjóra misstóra kubba að sömu þyngd, fjóra misþunga en jafn stóra kubba, fjóra misþunga kubba með sama eðlismassa  eða fimm kubba merkta A, B, C, D og E, mismunandi að stærð og þyngdin sést ekki fyrr en þeir eru vigtaðir á vigt sem staðsett er vinstramegin í tilraunarrýminu. Í upphafi þegar aðeins einn kubbur er valinn í tilraunarýminu er hægt að haka við uppi í vinstra horninu, hvort nemandinn vill útbúa sinn eigin kubb með því að ráða þyngd hans og rúmmáli með því að merkja ákveðnar tölur inn í þar til gerða reiti í vinstra horninu. Einnig er hægt að haka við efnivið og velja svo þar fyrir aftan efnivið að vild af því sem í boði er, það er frauðplast, viður, vatnsklaki, múrsteinn og  ál. Ef nemandinn breytir massanum með ákveðinn efnivið valinn breytist rúmmálið sem ætti að hjálpa nemendum að tengja saman fyrirbærin massa og rúmmál við eðlismassa hlutanna. Kubbana er svo hægt að láta ofan í laugina sem staðsett er fyrir miðju tilraunarýmisins, með því að klikka með músinni á þá og draga þá til og sleppa þeim ofan í. Þessi laug hefur að geyma 100 lítra af vatni og breytist talan svo eftir því hversu þungir kubbarnir eru sem settir eru ofan í laugina. Til að mynda verður laugin 102 lítrar þegar 2 kg kubb er bætt út í hana, þar sem rúmmál kubbsins bætist við rúmmál vökvans í lauginni. Með þessu einfalda dæmi geta nemendur séð tengslin á milli mismunandi mælieininga og séð að eitt kílógramm er jafnt einum lítra af vatni. Þegar valin er tilraunin með fimm mismunandi kubba, er til staðar vigt, vinstra megin við laugina, sem gerir nemendum kleift að flytja kubbana ofan á og vigta þyngd þeirra í Newtonum (N) og sjá þannig hversu mikill þyngdarkraftur verkar á kubbana.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?

Þessi sýndartilraun er frekar einföld þegar búið er að kynna sér efnið og ætti því að henta vel nemendum á unglingastigi grunnskóla og jafnvel væri hægt að nýta sýndartilraunina á yngri stigum en þá með auðveldari útskýringum og með samtengingu við raunverulegar tilraunir með hluti sem fljóta eða sökkva í vatni. Sýndartilraunin kemur sér vel þegar verið er að kenna nemendum um hugtakið eðlismassa, sem er hlutfall milli massa og rúmmáls efnis, og geri sér þannig grein fyrir því að hlutir sem eru eðlisléttari (með minni eðlismassa) en vatn, fljóta í því en þó mishátt uppi við yfirborðið, eftir því hversu mikið eðlisléttari þeir eru.

Í þeirri tilraun þar sem kubbarnir fimm eru til staðar væri sniðugt fyrir kennarann að hafa sýnikennslu fyrir nemendur og byrja á þann hátt að spyrja nemendur hvað t.d. þeir haldi að kubbur A sé þungur miðað við þá tölu sem laugin sýnir þegar kubbnum hefur verið sleppt út í laugina. Til þess að kennarinn geti borið þessa spurningu fram er æskilegt að nemendurnir hafi fengið einhverskonar grunnþekkingu í mælieiningum á borð við að eitt kílógramm sé það sama og einn lítri af vatni. Nemendur geta mælt rúmmál hvers kubbs og vigtað þá og þanngi reiknað út eðlismassa þeirra. Síðan má skoða töflu með því að klikka á „Show Table“ og finna þannig úr hvaða efni hver kubbur er.

Hægt væri fyrir kennarann að hafa sýnikennslu í upphafi tímans þar sem hann biður nemendur að segja til um hvort þeir telji að ákveðinn hlutur sökkvi eða fljóti í vatni. Nemendur fengju upplýsingar um hvaða efni kubburinn væri úr, hversu þungur hann væri og fengju einnig að vita eðlismassa vatns og út frá því ættu þeir að geta leitað upplýsinga um eðlismassa hlutarins í sýndartilrauninni eða lotukerfinu (ef um frumefni er að ræða). Æskilegt væri að þessi kennsla færi fram eftir smá fræðslu um eðlismassa og útreikninga í þeim efnum. Væri hugsanlega of flókið viðfangsefni sem kveikja í upphafi kennslu um eðlismassa og lögmál Arkimedesar.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um straumefni og krafta í straumefnum, þá sérstaklega í tengslum við efni um að eðlismassi ræður því hvort hlutur flýtur eða sekkur og muninn á járni og ísmola í vatni.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Eðlismassi, massi og rúmmál

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti lýst því hvernig hugtakið eðlismassi tengist massa og rúmmáli hlutar.
  • Að nemendur geti útskýrt hvernig hlutir með sama massa geta haft mismikið rúmmál, og hvernig hlutir með sama rúmmál geta haft mismikinn massa (s.s. verið misþungir).
  • Að nemendur geti útskýrt hvers vegna breytingar á massa eða rúmmáli hlutar breytir ekki eðlismassa hans – skilji eðlismassa sem eiginleika sem tengist efninu sem hluturinn er úr.
  • Að nemendur geti mælt rúmmál hlutar með því að athuga magn vökvans sem hluturinn ryður frá sér.
  • Að nemendur þekki óþekkt efni með því að reikna eðlismassa þess og bera saman við töflu með réttum eðlismassa efna, þessar upplýsingar má finna í lotukerfinu eða kennslubókum.

Hugmyndir fyrir kennara:

http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/density-guide.pdf

Færðu inn athugasemd

Kraftar og hreyfing (Forces and motion)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Í þessari sýndartilraun gefst nemendum kostur á að kynnast hugtökunum hraði, hröðun og kraftar, hvernig utanað komandi kraftar geta haft áhrif á hraða og stefnu hluta og setja hugtökin í samhengi á myndrænan hátt með línuritum eða gröfum. Einnig er hægt að ýta hlutunum á mismunandi undirlagi, þar sem hugtakið núningur kemur þá einnig við sögu á þann hátt að mismikill núningur myndast af mismunandi undirlagi sem hlutunum er ýtt áfram á með ákveðnum krafti. Nemendur hafa möguleika á að sjá alla krafta með örvum sem sýna í hvaða átt kraftarnir verka sem og hversu mikill krafturinn er. Þetta er eitthvað sem ekki er hægt að sjá í raunveruleikanum og er þessi sýndartilraun útvíkkun á skýringarmyndum af stefnu krafta og getur bætt miklu við þá þekkingu sem verður til við það að lesa um efnið eða framkvæma sjálfur þessa vinnu í raunveruleikanum. Einnig býður sýndartilraunin uppá upptökur á framkvæmd tilraunarinnar og er svo hægt að skoða upptökurnar að því loknu.

      Hvernig virkar sýndartilraunin?

Sýndartilrauninni er skipt upp í fjóra hluta sem bjóða uppá ýmsa möguleika til að þjálfa sig í hugtökunum tveim, kraftar og hreyfing og tengja við mismunandi aðstæður. Í öllum tilfellum er músin notuð til að ýta hlut áfram eftir yfirborðinu, með því að klikka með músinni á hlutinn og draga svo músina í þá átt sem hluturinn á að fara eftir yfirborðinu.

Fyrsti hluti sýndartilraunarinnar er inngangur (introduction) sem býður upp á möguleika á því að hafa kveikt eða slökkt á grafi sem sýnir krafta sem verka á hlutinn sem nemandinn ýtir áfram eftir yfirborðinu hverju sinni. Það er möguleiki á að velja milli mismunandi hluta til að ýta áfram á yfirborðinu. Valið stendur á milli lítils trékassa (100 kg), skúffueiningar (50 kg), sofandi hunds (25 kg), ísskáps (200 kg), bókar (10 kg) og óskilgreinds hlutar (? kg) og er möguleikana að finna neðarlega í tilraunarrýminu undir yfirborðinu, sem er annað hvort úr við eða ís og renna hlutirnir því mishratt á því vegna mismikils núnings frá yfirborðsefnunum tveim. Hægt er að hafa sýnilega alla krafta, í hvaða átt þeir verka og hversu miklir þeir eru tölulega séð. Veggeiningar eru við báða enda yfirborðsins en hægt er að ýta á kross sem staðsettur er efst á þeim til að fjarlægja einingarnar, báðar eða aðra hvora að vild. Þegar veggirnir eru til staðar geta orðið árekstrar þegar hlutunum er ýtt eftir yfirborðinu af miklum hraða og þeir lenda á veggjunum, en eins og eðlilegt er, sjást kraftar við árekstra aðeins örskamma stund og eru oft á tíðum mjög miklir, því meiri sem hraði og þyngd hlutarins er við áreksturinn. Einnig er hægt að haka við möguleikann gorm (bouncy) undir  „Walls“  á stikunni hægra megin við tilraunarrýmið og bæta þannig gormum upp við veggina, einum hvoru megin og sjá hvernig kraftarnir breytast þegar hlutirnir lenda á gormunum og fara til baka. Einnig er hægt að ákveða hversu langt frá veggnum byrjað er að ýta hlutnum (Sjá „Position“ á stikunni til hægri í tilraunarrýminu). Undir yfirborðinu er gluggi sem sýnir hversu mikinn kraft verið er að nota til að ýta hlutnum úr stað. Hægt er að hafa bæði kveikt og slökkt á hljóði sem fylgir sýndartilrauninni og er möguleiki á því að taka upp framkvæmd tilraunarinnar og horfa á hana að því loknu. Upptökustiku er að finna neðarlega undir rými tilraunarinnar og með því að haka í reit fyrir framan upptöku (Record) velur þú að kveikja á upptöku og því næst ýtir þú á play takkann til að hefja upptökuna og í framhaldinu byrjar þú að framkvæma tilraunina sem þú ætlar að taka upp, með því að færa til hlutina á yfirborðinu af mismiklum krafti. Svo þegar upptöku er hætt ýtir þú á upptökuhlé (II) og hakar í reitinn fyrir framan spilun (playback) og ýtir svo aftur á play takkann til að horfa á upptökuna. Svo er hægt að eyða upptökunni með því að ýta á takkann eyða (clear) vinstra megin á upptökustikunni.

Í þeim hluta sýndartilraunarinnar sem nefnist núningskraftur (friction) eru sömu möguleikar og í innganginum en búið er að bæta við fleiri tölulegum upplýsingum undir rými tilraunarinnar, þar er t.d. hægt að breyta núningsstuðlum og massa hlutarins og möguleiki á því að hafa mismunandi þyngdarkrafta eins og þyngdarkraft tunglsins (1,8 m/s), Jarðarinnar (9,8 m/s), Júpíters (24,8 m/s) og allt þar á milli. Í hlutanum sem nefnist kraftgraf (force graphs) er einnig búið að  bæta við fleiri tölulegum upplýsingum undir myndinni, frá því sem er að finna í innganginum og kraftgrafið orðið sýnilegt fyrir neðan myndina og ekkert val um að hafa það ekki sýnilegt. Einnig er að finna leikinn vélmenni á hreyfingu (robot Moving Company) sem hefur það að markmiði að ýta mismunandi hlutum með ákveðið miklum krafti og hraða til að þeir endi við hurðina á húsinu sem er á hinum enda brautarinnar sem hlutunum er ýtt  eftir. En ef hlutunum er ýtt of fast geta þeir dottið útfyrir brautina og niður brattann við hliðina á húsinu og leikmaðurinn missir þá við það stig. Örvatakkarnir á lyklaborðinu eru það eina sem notað er til að ýta hlutnum til hliðar og gengur leikurinn út á það að safna sem flestum stigum með því að hitta hverjum hlut fyrir sig inn um hurðina. Ef nemandinn sér að hluturinn er að stefna útaf brautinni getur hann brugðist við með því að ýta á örina sem bendir í áttina á móti leiðinni sem hlutnum er ýtt í og stoppað þannig hlutinni frá því að falla út fyrir brautina og ýta honum svo hægar áfram til að  hann komist á leiðarenda inn um hurðina á húsinu.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?

Þessi sýndartilraun ætti ekki að vera mjög flókin þegar búið er að kynna sér efnið og býður upp á mjög margvíslega möguleika og ætti því að henta vel bæði nemendum á unglingastigi grunnskóla sem og nemendum í framhaldsskólum. Jafnvel gæti verið hægt að nýta sýndartilraunina á yngri stigum en þá með auðveldari útskýringum. Sýndartilraunin kemur sér vel þegar verið er að kenna nemendum um áhrif krafta á hreyfingu og lögun hluta og bara almennt um krafta og orku.

Hægt væri að láta nemendur vinna með útreikninga á vinnu með því að gefa þeim upp kraftinn sem verkar á hlutinn og vegalengdina sem hann á að fara og láta þau reikna út hversu mikil vinna hefur verið framkvæmd. Einnig má snúa formúlunni við og láta nemendur finna kraftinn sem verkar á hlutinn eða vegalengdina sem hluturinn fer og þau viti þá vinnuna og annan fyrr nefndra hluta til að geta reiknað út úr formúlunni, vinna = kraftur * vegalengd.  

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um krafta og orku, þá sérstaklega í tengslum við efni um áhrif krafta á hreyfingu og lögun hluta.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Kraftur, núningur, hraði og hröðun

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti sagt fyrir um hvernig utanaðkomandi kraftar geta haft áhrif á hraða og stefnu hluta og þá vegalengd sem þeir hreyfast.
  • Að nemendur geti útskýrt áhrifin með því að teikna útskýringarmynd.
  • Að nemendur noti útskýringarmyndina til að teikna upp gröf fyrir stöðu, hraða, hröðun og krafta.
  • Að nemendur geti svo útskýrt hvernig gröfin tengjast hvert öðru.
  • Að nemendur skilji mögulega atburðarás með því að teikna upp öll fjögur gröfin.

Hugmyndir fyrir kennara:

http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/forces-and-motion-guide.pdf

Færðu inn athugasemd

Kraftar í einni vídd (Force in 1 dimension)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Í þessari sýndartilraun gefst nemendum kostur á að kynnast hugtökunum staðsetning, hraði, hröðun og kraftar, hvernig utanaðkomandi kraftar geta haft áhrif á hraða og stefnu hluta og setja hugtökin í samhengi á myndrænan hátt með línuritum eða gröfum. Einnig er hægt að ýta hlutunum á mismunandi undirlagi, þar sem hugtakið núningur kemur þá einnig við sögu á þann hátt að mismikill núningur myndast af mismunandi undirlagi sem hlutunum er ýtt áfram á með ákveðnum krafti. Nemendur hafa möguleika á að hafa kveikt á öllum kröftum, s.s. örvum sem sýna í hvaða átt kraftarnir verka sem og hversu mikill krafturinn er. Þetta er eitthvað sem ekki er hægt að sjá í raunveruleikanum og er þessi sýndartilraun útvíkkun á skýringarmyndum af stefnu krafta og getur bætt miklu við þá þekkingu sem verður til við það að lesa um efnið eða framkvæma sjálfur þessa vinnu í raunveruleikanum. Einnig býður sýndartilraunin uppá upptökur á framkvæmd tilraunarinnar og er svo hægt að skoða upptökurnar að því loknu.

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Það er möguleiki á því að hafa kveikt eða slökkt á gröfum sem sýna staðsetningu, hraða, hröðun og krafta sem nemandinn beitir í sýndartilrauninni. Einnig er möguleiki á að hafa mismunandi hluti til að ýta áfram á yfirborðinu, hluti á borð við skúffueiningu (200 kg), ísskáp (400 kg), bók (10 kg), trékassa (300 kg) og sofandi hund (25 kg). Hægt að velja hvort núningur sé til staðar á yfirborðinu eða ekki og er einnig hægt að breyta því hversu mikill núningurinn er ef valið er að hafa hann til staðar, og renna hlutirnir því auðveldlega og hraðar á núningslausu undirlagi en því sem gefur frá sér núning af einhverjum toga. Hægt er að hafa sýnilega alla krafta, í hvaða átt þeir stefna og hversu miklir þeir eru. Undir yfirborðsfletinum er gluggi sem sýnir hversu mikill kraftur er notaður til að ýta hlutnum úr stað. Við enda yfirborðsins er hægt að velja um að hafa múrsteinshlaðna veggi  í stað húss á öðrum endanum og trés á hinum, með því að haka við barriers á stikunni hægra megin við tilraunarrýmið hverfa húsið og tréð og upp koma þykkir múrsteinsveggir við sitthvorn enda yfirborðsflatarins. Það er einnig hægt að breyta þyngd hlutanna og með því að velja more controls neðarlega á stikunni til hægri er hæg að hafa mismunandi þyngdarkrafta eins og þyngdarkraft tunglsins (1,8 m/s), Jarðarinnar (9,8 m/s), Júpíters (24,8 m/s) og allt þar á milli. Hægt er að taka upp tilraunina og horfa svo á hana að því loknu. Upptökustiku er að finna neðarlega í tilraunarrýminu og með því klikka á takkann byrja (go) er hægt að hefja upptöku og í framhaldinu byrjar þú að framkvæma tilraunina sem þú ætlar að taka upp, með því að færa til hlutina á undirlaginu af mismiklum krafti. Svo þegar upptöku er hætt ýtir þú á upptökuhlé (pause) og ýtir svo á takkann endurtekning (playback) til að horfa á upptökuna. Svo er hægt að eyða upptökunni með því að ýta á takkann eyða (clear) vinstra megin undir tilraunarrýminu. Í þessari sýndartilraun gefst einnig kostur á að hafa sýnileg fjögur mismunandi gröf, hægt að hafa þau öll opin eða eitt og eitt að vild. Gröfin sem um ræðir eru gröf sem sýna notkunarkraftinn (graph applied force), hröðun (graph acceleration), hraða (graph velocity) og staðsetningu (graph position).

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?

Þessi sýndartilraun ætti ekki að vera mjög flókin þegar búið er að kynna sér efnið og býður upp á mjög margvíslega möguleika og ætti því að henta vel bæði nemendum á unglingastigi grunnskóla sem og nemendum í framhaldsskólum. Jafnvel gæti verið hægt að nýta sýndartilraunina á yngri stigum en þá með auðveldari útskýringum. Sýndartilraunin kemur sér vel þegar verið er að kenna nemendum um áhrif krafta á hreyfingu og bara almennt um krafta og orku.Hægt væri að láta nemendur vinna með útreikninga á vinnu með því að gefa þeim upp kraftinn sem verkar á hlutinn og vegalengdina sem hann á að fara og láta þau reikna út hversu mikil vinna hefur verið framkvæmd. Einnig má snúa formúlunni við og láta nemendur finna kraftinn sem verkar á hlutinn eða vegalengdina sem hluturinn fer og þau viti þá vinnuna og annan fyrr nefndra hluta til að geta reiknað út úr formúlunni, vinna = kraftur * vegalengd.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um krafta og orku, þá sérstaklega í tengslum við efni um áhrif krafta á hreyfingu.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Kraftur, staða, hraði og hröðun

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti sagt fyrir um hvernig utanaðkomandi kraftar geta haft áhrif á hraða og stefnu hluta og þá vegalengd sem þeir hreyfast.
  • Að nemendur geti útskýrt áhrifin með því að teikna útskýringarmynd.
  • Að nemendur geti notað útskýringarmyndina til að teikna upp gröf af stöðu, hraða, hröðun og kraft.
  • Að nemendur geti útskýrt hvernig gröfin tengjast hvert öðru
  • Að nemendur skilji mögulega atburðarás með því að teikna upp öll fjögur gröfin.

Hugmyndir fyrir kennara:

Höfundar sýndartilraunarinnar vísa til þess að Kraftar og hreyfing sé betur hönnuð sýndartilraun og til sömu nota og því er bent á hugmyndir frá þeirri tilraun sem er að finna á slóðinni: http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/forces-and-motion-guide.pdf.

Færðu inn athugasemd

Núningur (Friction)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Sýndartilraunin samanstendur af tveimur bókum sem liggja hvor ofan á annarri og er stækkuð upp mynd af smá fleti bókanna og hitamæli stillt upp við hlið stækkuðu myndarinnar sem sýnir hækkun (meiri hreyfing sameinda) og lækkun (minni hreyfing sameinda) hitastigs eftir því sem núningur milli bókanna breytist.

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Sýndartilraunin lýsir á mjög einfaldan og myndrænan hátt hvernig aukin hreyfing sameinda og núningur hækka hitastig við núningsflötinn. Sýndartilraunin samanstendur af tveimur bókum sem liggja hvor ofan á annarri og er stækkuð upp mynd af smá fleti bókanna og hitamæli stillt upp við hlið stækkuðu myndarinnar sem sýnir hækkun (meiri hreyfing sameinda) og lækkun (minni hreyfing sameinda) hitastigs eftir því sem núningur milli bókanna breytist. Til að framkvæma núninginn milli bókanna er klikkað með músinni ofan á efri bókina og hún dregin fram og til baka eftir fleti neðri bókarinnar, því meiri hraði og þrýstingur bókarinnar niður á við, því hærra mælist hitastigið á milli bókanna.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?

Að mínu mati væri hægt að nota sýndartilraunina fyrir öll aldurstig grunnskólans, þar sem sýndartilraunin er afar einföld í notkun og krefst lítillar þekkingar. Hún væri jafnvel góð sem kveikja, ólíkt flestum öðrum sýndartilraunum sem ég hef skoðað. Hún var í raun það einföld að ég taldi mig vera að misskilja hlutverk hennar þegar ég skoðaði hana í fyrsta sinn, en komst svo að því að þetta var bara svona einföld, en samt sem áður, mjög góð útskýring á hreyfingu sameinda, sett fram í sýndartilraun.

Hægt væri að skoða sýndartilraunina í samhengi við tilraun sem framkvæmd væri í raunveruleikanum, þar sem heitt vatn er litað t.d. með rauðum matarlit og hellt ofa í kalt vatn sem hefur engan matarlit, þá gefur það nemendum kost á að sjá hversu hratt heitu rauðu vatnssameindirnar ferðast á meðan að köldu vatnssameindirnar eru nánast hreyfingalausar. Einnig væri hægt að láta nemendur nudda saman tveim bókum í raunveruleikanum, líkt og í sýndartilrauninni og láta þau svo finna hitann sem myndast á þeim hliðum bókanna sem nuddað er saman, með því að snerta núningsfleti bókanna strax að framkvæmd lokinni. Enn betra er að láta nemendur nudda höndum sínum saman og þá finna þau fljótt hitann sem myndast.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um núningskrafta og orku.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Núningur, varmafræði og hiti

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti lýst núningi milli hluta út frá sameindum og því hvernig núningur tengist varmaorku.
  • Að nemendur geri sér grein fyrir og geti lýst því sem skiptir máli í hugtakinu hreyfing sameinda. Lýsingin ætti að innihalda skýringarmyndir sem styðja við hugmyndir nemendanna, hvernig hreyfing sameinda og hitastig tengjast.
  • Að nemendur viti hvað er mismunandi og hvað er eins við hreyfingu einda í föstu, vökva og loftkenndu formi.


Færðu inn athugasemd

Þyngdarkraftur (Gravity force lab)

Stutt lýsing á því hvað sýndartilraunin hefur uppá að bjóða

Sýndartilraunin er mjög einföld og hentar því í raun öllum aldursstigum grunnskólans, bara með mismunandi áherslum á hvað læra á hverju sinni. Sýndartilraunin hefur það að markmiði að kenna nemendum um þyngdarkraftinn og gagnkrafta, að setja þá í samhengi við þyngdarlögmálið og þriðja lögmál Newton’s, gagnkraftalögmálið. Einnig er mikil áhersla lögð á að nemendur setji í samhengi massa hluta, fjarlægðina á milli þeirra og þyngdarkraftanna sem hlutirnir verka með hvor á annan.

Hvernig virkar sýndartilraunin?

Sýndartilraunin er í raun myndræn útskýring á því hvernig þyngdarlögmálið og gagnkraftalögmál Newton’s virka. Í tilrauninni eru tvær kúlur og örvar fyrir ofan þær sem sýna þyngdarkraftana sem þær verka með hvor á aðra. Stærð kraftanna er gefin upp með tölum. Hægt er að færa kúlurnar til með því að klikka á þær með músinni og draga til hliðar, ýmist til vinstri eða hægri. Einnig er hægt að færa til mælistiku sem staðsett er í tilraunarrýminu undir kúlunum og með því ætti að vera auðvelt fyrir nemendur að gera sér grein fyrir því að eftir því sem hlutir eru nær hver öðrum eykst þyngdarkrafturinn á þá. Þessi tilraun sýnir í raun hversu ofboðslega litlir kraftarnir eru sem verka á hlutina þó svo þeir séu um 100 kg hvor um sig og með fimm metra millibili er krafturinn einungis 0,00 000 002 660 N á meðan krafturinn sem verkar þegar við höldum á einum lítra af mjólk er um 10 N. Þetta gefur nemendum hugmynd um það hvers vegna við finnum ekki fyrir því að aðrir hlutir í umhverfinu í kringum okkur hafi áhrif á okkur, vegna þess að þetta eru svo örsmáir kraftar, allt annað en þegar við komumst í snertingu við eða höldum á hlutum þá verða kraftarnir mun stærri.

Hver er upplifun mín af sýndartilrauninni, hvernig má nýta hana í kennslu?
Þessi sýndartilraun fjallar fyrst og fremst um þyngdarlögmálið en má einnig nota sem mjög einfalda útskýringu á gagnkraftalögmáli Newton’s og nýtist því vel þegar taka á fyrir þriðja lögmál Newton’s, gagnkraftalögmálið sem segir að ef hlutur A verkar með ákveðnum krafti á hlut B þá verkar hlutur B með jafnstórum gagnstæðum krafti á hlut A.

Tengsl við ákveðna hluta eðlisfræðinámsefnis sem verið er að semja fyrir unglingastig:

Þessi sýndartilraun passar vel við umfjöllun um krafta, þá sérstaklega í tengslum við efni um ósýnilega krafta sem hafa samt sem áður áhrif, en þar er komið aðeins inná þyngdarkraftinn og áhrif þess að við höldumst á jörðinni, en það er einmitt jörðin sem verkar með jafn miklum krafti á okkur og við verkum á hana.

Kennsluleiðbeiningar

Viðfangsefni: Kraftur og þyngdarafl

Námsmarkmið:

  • Að nemendur geti sett í samhengi þyngdarkraft sem verkar á massa hluta og vegalengdina sem er á milli þeirra.
  • Að nemendur geti útskýrt þriðja lögmál Newton‘s, gagnkraftalögmálið.
  • Að nemendur geti mótað tilraunir sem gera ráð fyrir því að þeir öðlist skilning á jöfnu sem tengir saman hugtökin massa, vegalengd og þyngdarkraft.
  • Að nemendur geti notað mælingar til að ákvarða hinn eiginlega þyngdarkraft jarðar.

Hugmyndir fyrir kennara:

http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/gravity-force-lab-guide.pdf

Fylgja

Get every new post delivered to your Inbox.