Tyndens akselerasjon.pdf - Naturfag1
Tyndens akselerasjon.pdf - Naturfag1
Tyndens akselerasjon.pdf - Naturfag1
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Tyngdens <strong>akselerasjon</strong><br />
Rapport NA153L<br />
Tom Dybvik, GLU 5-‐10NP,<br />
Universitetet i Nordland
Innholdsfortegnelse<br />
1 Innledning ....................................................................................................................................... 3<br />
2 Teori ................................................................................................................................................. 3<br />
3 Materiell og metode....................................................................................................................... 5<br />
3.1 Utstyr....................................................................................................................................................... 5<br />
3.2 Framgangsmåte..................................................................................................................................... 5<br />
4 Resultater ...................................................................................................................................... 6<br />
5 Drøfting............................................................................................................................................ 6<br />
5.1 Naturvitenskapelig drøfting ............................................................................................................... 6<br />
5.2 Naturfagdidaktisk drøfting ................................................................................................................ 7<br />
6 Konklusjon...................................................................................................................................... 9<br />
7 Bibliografi .....................................................................................................................................10<br />
Vedlegg - Elevrapport...............................................................Feil! Bokmerke er ikke definert.<br />
2
1 Innledning<br />
I forsøket, ”Tyngdens <strong>akselerasjon</strong>”, skal elevene formulerer en hypotese om gjenstander som<br />
faller mot bakken, utføre forsøket og beskrive resultatet. De skal prøve å gjøre en enkel<br />
beregning av <strong>akselerasjon</strong>en til en gjenstand i fritt fall. Gjenstander skal slippes fra et høyt<br />
punkt, og elevene måler tiden før de treffer bakken. Observasjonene etterarbeides i grupper og<br />
det skal skrives rapport fra forsøket. Aktiviteten er koblet opp mot læringsmål under<br />
”Forskerspiren” og ”Fenomener og stoffer” i læreplanen for grunnskolen for 10. årstrinn.<br />
Etter 10. årstrinn (Forskerspiren):<br />
Mål for opplæringen er at eleven skal kunne<br />
• Planlegge og gjennomføre undersøkelser for å teste holdbarheten til egne<br />
hypoteser og velge publiseringsmåte<br />
• Skrive logg ved forsøk og feltarbeid og presentere rapporter ved hjelp av digitale<br />
hjelpemidler<br />
Etter 10. årstrinn (fenomener og stoffer)<br />
Mål for opplæringen er at eleven skal kunne<br />
• gjøre rede for begrepene fart og <strong>akselerasjon</strong>, måle størrelsene med enkle<br />
hjelpemidler og gi eksempler på hvordan kraft er knyttet til <strong>akselerasjon</strong><br />
(Utdanningsdirektoratet u.d.)<br />
Aktiviteten er hentet fra ”Trigger Elevbok i naturfag for 10. trinn” av forfatterne Hanne S.<br />
Finstad og Jørgen Kolderup. Læreboka brukes i naturfagundervisninga ved praksisskolen.<br />
Undervisningsøkta som beskrives er fra min praksis sammen med 10. klasse ved Alsvåg<br />
Barne og Ungdomsskole høsten 2011.<br />
2 Teori<br />
Gravitasjonen, eller tyngdekraften (G) er en tiltrekningskraft som virker mellom alle ting. All<br />
materie skaper et gravitasjonsfelt rundt seg. Tyngdekraften er egentlig en ”svak” kraft og den<br />
krever svære maser, slik som jorda, for å få noen betydning (Angell, Flekkøy og Kristiansen<br />
2011). Jorda drar en gjenstand mot bakken med en kraft, men samtidig trekker gjenstanden på<br />
3
jorda med samme kraft. Når vi sier at en stein faller mot jorda er det egentlig steinen og jorda<br />
som trekker på hverandre med like stor kraft. Men på grunn av jordas masse blir den veldig<br />
treg å flytte slik at det tilsynelatende bare er jorda som trekker på steinen. Tyngdekraften drar<br />
gjenstanden mot bakken enten den faller eller ligger i ro på bakken. Når en gjenstand er i ro<br />
på bakken er dette egentlig et spesialtilfelle av Newtons første lov som sier at en gjenstand<br />
som ikke påvirkes av ytre krefter vil fortsette bevegelsen rett frem uten å endre sin hastighet.<br />
Hastigheten i dette tilfellet er null, det er balanse mellom kraften fra underlaget den ligger på<br />
og kraften fra jorda (Angell, Flekkøy og Kristiansen 2011).<br />
Akselerasjon (a) er hastighetsforandring (både når den øker og når den minker) over tid, og vi<br />
bruker benevningen<br />
m<br />
s<br />
s<br />
m<br />
= . 2<br />
s<br />
Tyngdens <strong>akselerasjon</strong> er den <strong>akselerasjon</strong>en et legeme i fritt fall har når det er i jordas<br />
tyngdefelt. Feltstyrken varierer blant annet med høyde over havet og hvilken breddegrad du<br />
befinner deg på, størst ved polene og minst ved ekvator (Wikipedia u.d.). Gravitasjon vil altså<br />
virke noe forskjellig alt etter hvor man befinner seg, men ikke så mye at det får betydning.<br />
Hvis vi ser bort fra luftmotstand, vil alle gjenstander som faller akselerere lik mye (Finstad og<br />
Kolderup 2008). Et lite sandkorn vil falle like fort som en stor tung steinblokk. Tyngdens<br />
<strong>akselerasjon</strong>er er konstant og tilnærmet verdi er 9.81 m/s 2 , men i grunnskolen opereres det<br />
gjerne med 10 m/s 2 .<br />
Newtons andre lov sier at summen av kreftene som virker på en gjenstand er lik massen<br />
ganger <strong>akselerasjon</strong>en ut fra formelen F = m · a (Angell, Flekkøy og Kristiansen 2011).<br />
Tyngdekraften er imidlertid så spesiell at vi bruker andre symboler. For å finne hvor stor<br />
tyngdekraft (G) som virker på en gjenstand må vi vite noe om massen (m) og tyngdens<br />
<strong>akselerasjon</strong> (g). G måles i Newton (N) , masse måles i kg og g uttrykkes i m/s 2 , eller N/kg<br />
(Finstad og Kolderup 2008).<br />
Tyngdekraft = masse · tyngdens <strong>akselerasjon</strong><br />
G = m · g<br />
Ut fra dette kan vi nå bestemme tyngden på en stein med masse på 2 kg:<br />
2 kg · 10 N/kg = 20 N<br />
4
3 Materiell og metode<br />
3.1 Utstyr<br />
• Tidtakerutstyr (for eksempel mobiltelefoner)<br />
• Målebånd<br />
• Gjenstander som skal falle<br />
• Skrivesaker<br />
• Fotoapparat for dokumentasjon<br />
3.2 Framgangsmåte<br />
Elevene ble fordelt i fire grupper som satte frem hypoteser om utfallet av forsøket. Ville noen<br />
gjenstander falle fortere, i så fall hvilke, og hvorfor? Luftmotstand skulle de se helt bort fra.<br />
Figur 1<br />
Forsøket ble gjennomført utendørs, og som slippunkt for gjenstandene tok vi utgangspunkt i<br />
en balkong på skolebygget. Elevene skulle måle høyden fra gelenderet og ned til bakken, og<br />
notere resultatet. De ble så enige om tre steiner med forskjellig størrelse som skulle slippes<br />
ned fra balkongen. Hver gruppe utnevnte en ansvarlig for å ta tiden på hvert slipp. Resultatet<br />
førte de inn i en tabell. Dermed fikk vi fire målinger for hver stein. Av disse målingene skulle<br />
5
elevene finne gjennomsnittlig tid av alle slippene, som igjen skulle danne grunnlag for<br />
beregningene av tyngdens <strong>akselerasjon</strong>.<br />
Resultatene ble drøftet innad i gruppene og så gjennomgått i felleskap på tavla. Her<br />
gjennomgikk vi også utregninga for å komme frem til tyngdens <strong>akselerasjon</strong>. Til slutt fikk<br />
elevene i oppgave å skrive individuell rapport fra forsøket som skulle leveres digitalt.<br />
4 Resultater<br />
Resultatene av målingene fra de forskjellige gruppene er ført inn i tabellen under.<br />
Tabell 1<br />
Grupper Stein 1 (lett) Stein 2 (medium) Stein 3 (tung)<br />
1 1 0,8 0,9<br />
2 0,5 0,8 1,1<br />
3 1 0,8 0,8<br />
4 0,9 0,8 0,9<br />
Gjennomsnitt tid 0,9 0,8 0,9<br />
For å gjøre beregningene lettere ble vi enige om å tilnærme gjennomsnittlig tid (t) til 1 sek.<br />
Manuell tidtaking vil uansett ikke gi et nøyaktig resultat.<br />
5 Drøfting<br />
5.1 Naturvitenskapelig drøfting<br />
Elevenes hypoteser variert fra at den minste eller største ville falle fortest til at alle steinen<br />
ville falle like fort. Nå var det tid for å sammenlikne resultatene og se om antagelser og<br />
hypoteser stemte overens med virkeligheten. Dette gikk vi gjennom i fellesskap. Det som fort<br />
kom frem var at noen av hypotesene ikke stemte med observasjonene. Det er ikke mulig å få<br />
til nøyaktige manuelle målinger av et slikt forsøk, og dette tok vi hensyn til oppsummeringen.<br />
Trenden var uansett at alle steinene brukte tilnærma like lang tid før de traff bakken.<br />
Gjennomsnittlig resultat av målingene fra de slapp stenene og til de tok bakken var t = 1 s.<br />
Høyden fra gelenderet og ned var tilnærma s = 5 m. Ved å bruke formelen v = s / t kunne de<br />
finne gjennomsnittsfarten v = 5m/1s = 5 m/s.<br />
6
Farten går fra null, og øker jevnt til steinene treffer bakken. Dermed kan vi si at<br />
gjennomsnittshastigheten er halvparten av sluttfarten. Sluttfarten blir da 5 m/s · 2 = 10 m/s.<br />
Ut fra dette kunne vi nå finne tyngdens <strong>akselerasjon</strong>:<br />
Ved å sette inn verdiene i utrykket (m/s) / s = m / s 2 fikk vi:<br />
7<br />
10m / s<br />
1s<br />
= 10m / s 2<br />
Resultatet var som forventet, og i utgangspunktet var vi heldig med slipphøyde 5 m, for<br />
forsøket. Vi fikk noen verdier som var enkle å bearbeide, og egentlig kunne elevene med litt<br />
innsikt i teorien sagt noe om <strong>akselerasjon</strong>en allerede ut fra målingene. Imidlertid var det for<br />
flere av dem vanskelig å skille sluttfarta fra tyngdens <strong>akselerasjon</strong>. Det var åpenbart uheldig<br />
at vi fikk en sluttfart som skulle deles på tiden 1. Hadde nok vært bedre med et høyere<br />
utgangspunkt for å slippe gjenstander.<br />
Hovedtanken med forsøket var å synliggjøre sammenhengen mellom tyngdekraft og<br />
<strong>akselerasjon</strong> til ulike gjenstander, samt vise hvordan vi på en enkel måte kan måle tyngdens<br />
<strong>akselerasjon</strong>. Det å lære selve formelen eller utregningen var ikke det primære i denne<br />
sammenhengen.<br />
5.2 Naturfagdidaktisk drøfting<br />
Dette er et forsøk som illustrerer tyngdens <strong>akselerasjon</strong> for elevene på en enkel måte.<br />
Aktiviteten kan gjennomføres med enkle midler, uten store forberedelser eller spesielle<br />
sikkerhetstiltak. Her kan de utforske og reflektere over noen av fysikkens mest grunnleggende<br />
naturlover. Newtons lover danner grunnlaget for bevegelseslæren og mekanikken, og har en<br />
forbausende rekkevidde. Gjennom en rekke undersøkelser om elevers forståelse av<br />
grunnleggende mekanikk er det dokumentert at kraftbegrepet er vanskelig for elever i<br />
grunnskolen å fatte. Også for elever videre opp i utdanningssystemet kan dette være<br />
vanskelig. Her knyttes begreper og forståelse opp mot hverdagsforestillinger og internaliserte<br />
misoppfatninger som baserer seg på de erfaringer vi gjør oss. Denne forståelsen er viktig for å<br />
kunne forstå verden, men misoppfatninger har vist seg vanskelig å rydde av veien (Angell,<br />
Flekkøy og Kristiansen 2011).<br />
En vanlig misoppfatning er den at luft er en forutsetning for at tyngden skal virke. Mange tror<br />
at i et lufttomt rom vil et legeme bli vektløst, og at tyngdekraften derfor ikke eksisterer i<br />
verdensrommet. Slike misoppfatninger bekreftes når man ser tv-bilder av astronauter som
svever vektløse ute i verdensrommet eller inne i et romfartøy (Sjøberg 2001). Et annet<br />
eksempel på misoppfatninger er at det alltid virker en slags netto kraft i bevegelsesretningen,<br />
en kraft som øker proporsjonalt med hastigheten. Hvilken kraft virker på en ball som kastes<br />
oppover? Mange tenker seg en slags kraft som drar ballen oppover til den når toppen av<br />
kastebanen. Etter Newtons teorier vil imidlertid tyngdekraften virke nedover også når ballen<br />
er på vei opp. Det er viktig for læreren å være bevist på misoppfatninger, for å kunne hjelpe<br />
elevene til å få en bedre forståelse av fysikkens sentrale begreper (Angell, Flekkøy og<br />
Kristiansen 2011).<br />
I et konstruktivistisk læringssyn bygger elevene ny kunnskap på sine eksiterende kunnskaper<br />
og erfaringer. Dette blir problematisk når elevens hverdagserfaringer danner grunnlag for<br />
kunnskapsbyggingen. Utfordringen for læreren blir å få eleven til å kvitte seg med de<br />
forestillingene de har. Å kvitte seg med misoppfatningene er det ikke læreren, men eleven<br />
selv som må gjøre (Sjøberg 2001).<br />
Elevene i denne klassen viste manglende forståelse omkring emnet tyngdekraft. De hadde på<br />
forhånd gjennomgått en del teori om Newtons lover og jeg forventet at de hadde en viss<br />
kunnskap om dette. I utgangspunktet skulle elevene selv finne uttrykket for tyngdens<br />
<strong>akselerasjon</strong> i læreboka, og ved hjelp av observasjonene fra forsøket kunne regne det ut. Det<br />
viste seg imidlertid at de fleste var usikre, og hadde hypoteser om utfallet av forsøket som<br />
kunne tyde på misoppfatninger: …den tyngste stenen skulle treffe bakken på kortest tid pga<br />
den veide mest, og da tenkte vi at stenen ville få en raskere fart siden den var tyngst”<br />
(Vedlegg). Dette tok jeg til etterretning og justerte ned ambisjonene med aktiviteten. Vi tok<br />
derfor en felles gjennomgang av utregningene på tavla. Så blir jo spørsmålet om dette er den<br />
riktige måten å gjøre dette på. Balansegangen mellom for mye elevstyrt og for mye lærerstyrt<br />
aktiviteter er vanskelig finne.<br />
Når det gjelder utbyttet av den aktiviteten som jeg har beskrevet, så vil nok det å få erfare og<br />
måle fart og <strong>akselerasjon</strong> bidra til å hjelpe elevene med å utvikle bedre forståelse og å til å<br />
kvitte seg med misoppfatninger. Det kan ofte være vanskelig å forholde seg til fysiske<br />
fenomener bare ved å lese om dem i læreboka. Her er det viktig å skape en tydelig kobling<br />
mellom teoretisk undervisning og praktisk undervisning. Praktiske aktiviteter gir variasjon i<br />
skoledagen, og stimulerer andre sanser hos elevene enn ren teoriundervisning. Denne måten å<br />
tilnærme seg naturfagstoffet er også i tråd med LK 06, som sier at elevene skal jobbe med<br />
utforskende elevforsøk både på mellom- og ungdomstrinnet. Det er allikevel nødvendig med<br />
8
en viss lærerstyring i forbindelse med praktiske aktiviteter. Faren med praktiske aktiviteter er<br />
eleven ser på dette kun som en interessant hendelse og som avkobling fra<br />
klasseromsundervisningen. Både introduksjon og oppsummering blir derfor viktige elementer<br />
for å skape en helhet i undervisningsøkta. På denne måten kan læreren hjelpe elevene til finne<br />
mening med den praktiske aktiviteten, og også hjelpe dem med å knytte nye erfaringer til<br />
allerede etablert kunnskap (Nergård 2008).<br />
6 Konklusjon<br />
Aktiviteten er knyttet opp mot aktuelle kompetansemål for ungdomstrinn, og relevant for oss<br />
som fremtidige lærere i ungdomsskolen. Gjennom en prosess som starter med<br />
hypotesedanning, fortsetter med forsøk og systematisk observasjon, diskusjon, argumentering,<br />
begrunnelse og konklusjon, og som ender opp med en bearbeiding og publisering av rapport<br />
er læreplanens kriterier for forskerspiren forsøkt ivaretatt (Utdanningsdirektoratet u.d.).<br />
Denne formen for læring er krevende, og jeg opplevde at det som utfordrende å kunne tilpasse<br />
læringen til den enkelt elevs forutsetninger. Manglende kjennskap til elevene var her et<br />
springende punkt. Det var også vanskelig å samle elevenes oppmerksomhet omkring<br />
aktiviteten ute i skolegården. Noen viste stor interesse, mens tre av guttene meldte seg delvis<br />
ut. Slik vil det alltid være, og man må ikke som lærer la seg friste til å droppe krevende<br />
undervisningsopplegg. Hvorvidt eleven fikk et godt utbytte av aktiviteten er jeg usikker på.<br />
Rapportene viste at der var en del manglende forståelse. Jeg var kun lærer for klassen i denne<br />
økta, og eventuell oppsummering og gjennomgang av rapportene fikk jeg ikke deltatt på. Jeg<br />
vil i egen fremtidig undervisning få en oversikt over elevene forutsetninger og sikre meg at<br />
elevene forstår hva de skal lære med en aktivitet, før vi går i gang med selve forsøket. Jeg vil<br />
også prøve å være bevisst min egen underveisvurdering av læringsutbyttet slik at jeg bedre<br />
kan fange opp alle elevene.<br />
9
7 Bibliografi<br />
Angell, Carl, Eirik G. Flekkøy, og Jostein R. Kristiansen. Fysikk for lærere. Oslo: Gyldendal<br />
Norsk Forlag AS, 2011.<br />
Finstad, Hanne S., og Jørgen Kolderup. Elevbok i naturfag 10. trinn Trigger. Redigert av Ole<br />
André Sivertsen. Cappelen Damm AS, 2008.<br />
Nergård, Tone. «Undervisningsvariabler og elevens holdninger til naturfag.» I<br />
Biologididaktikk, av Peter van Marion og Strømme Alex, redigert av Peter van Marion og<br />
Strømme Alex, 58-77. Kristiansand: Høyskoleforlaget, 2008.<br />
Sjøberg, Svein. «Natur- og miljøfag.» I Fagdebatikk - fagdidaktisk innføring i sentrale<br />
skolefag, redigert av Svein Sjøberg, 105-115. Oslo: Gyldendal Akademiske, 2001.<br />
Utdanningsdirektoratet. Udir.no.<br />
http://www.udir.no/Lareplaner/Grep/Modul/?gmid=0&gmi=156139&v=5&s=2&kmsid=2545<br />
(funnet november 18, 2011).<br />
—. Udir.no. http://www.udir.no/Lareplaner/Grep/Modul/?gmid=0&gmi=156139&v=2<br />
(funnet November 25, 2011).<br />
Wikipedia. Wikipedia. Wikipedia (funnet november 24, 2011).<br />
10