Elektrodynamikk. Innledning. Gjennomføring. Tidsbruk og utstyr

Transkript

1 Elektrodynamikk Dette opplegget er ment å vise hvordan elektrisk ladde objekter påvirker sine omgivelser ved å gjøre elektrisk nøytrale objekter om til dipoler. Målet er å sette opp to plater eller aluminiumsbokser med en ball hengende i en snor imellom. Hvis man så lader opp en ballong, og holder den i nærheten av den ene platen/aluminiumsboks, vil den tiltrekke seg de motsatte ladningene i platen. Dette vil være en kjedereaksjon, slik at ladningene i ballen så vil bli tiltrukket av ladningsforskjellen i platen. Ballen vil da forhåpentligvis sprette mellom platene så lenge ballongen holdes i nærheten. Liten, lett ball (typ pingpong) Snor Teip Pinner eller annet å feste ball og aluminium til Isopor (hvis tilgjengelig) Aliminiumsfolie eller 2 aliminiumsbokser Ballonger Tidsbruk: Cirka 5 minutter for å vise forsøket, 5-0 minutter for å forklare hva som skjer. Hvis du har isopor tilgjengelig, fest pinner i isoporen og kle de i aluminiumsfolie. Hvis du har aluminiumsbokser, sett de litt fra hverandre. Heng opp en ball mellom de to aluminiumsobjektene, slik at den henger rett ned midt i mellom de to. Blås opp en ballong Lad opp ballongen (gni den mot noe) Sett ballongen i nærheten av den ene platen/boksen

2 Tips og triks: Hva du gnir ballongen mot avgjør hvor ladet den blir. Ull er antageligvis beste tilgjengelige materiale. Utarbeidet av: ENT3R Trondheim, vår 206 2

3 Usynlig glass Dette opplegget dreier seg om å gjøre reagensglassene usynlige. Her får elevene se hva som skjer når lyset treffer olje i glass. Lyset har forskjellig hastighet i ulike stoffer og i dette forsøket tester vi ut hva brytningsindeksen har å si i olje. Reagensrør eller vamebestandigglass, glasskolbe og masse matolje. Ca 0-5 min Begynn med å dyppe eller legge reagensglassene i en glasskolbe med olje. Fyll reagensglassene med olje. Det vil forsvinne! Forklaring: Glasset og oljen har omtrent samme brytningsindeks. Det betyr at lyset har samme hastighet gjennom glasset som i oljen. Dermed ser glasset ut til å bli usynlig!

4 Tips og triks: Fyll opp glasskolben slik at oljen dekker reagensrøret. Legg i et tomt reagensrør og la det bli fylt med olje. Da vil reagensrøret gradvis forsvinne. Du kan også fylle skålen med olje og vann for å vise at det blir borte i oljen, men kommer til syne igjen i vannet. Utarbeidet av: Karoline Lefstad og Kristine Hansen. ENT3R Trondheim. Vår

5 Fyrstikkonkurranse Denne konkurransen går ut på det samme som det velkjente partytrikset "rive av duken slik at alt av serviset og glass fortsatt står", bare med fyrstikkesker istedenfor glass og servise og ark istedenfor duk. Målet med konkuransen er å illustrere friksjon, og at eleven selv kan prøve å finne ut av hva som er lurt for å unngå å velte frstikkeskene. Utstyr: Fyrstikkesker (fulle eller tomme, 4-5 per deltaker) Ark Tidsbruk: ca. 20 min eller så lang tid som ønskes. Gi alle deltakere et ark og plasser fyrstikkeskene tilgjengelig for alle. Hver deltaker skal prøve å stable et tårn med fyrstikkesker oppå arket dems. Deretter skal de fjerne arket uten å røre fyrstikkeskene og uten å velte fyrstikkeskene. Den som klarer dette med det høyeste tårnet vinner. Regler: Fyrstikkeskene skal stables på høykant oppå hverandre. Fyrstikkeskene skal stå slik at den minste siden er ned mot bordet og den største siden er vendt mot deltakeren. Arket kan rives og klippes, men det må være bredt nok til at fyrstikkesken kan stå på det (og bare det).

6 Tips og triks: Det er ønskelig at eleven forstår at det er en fordel å dra arket raskt siden styrken på friksjonskraften ikke er avhengig av den relative hastigheten mellom fyrstikkeskene og papiret. Det kan være en idé (hvis man har tid og lyst) å diskutere strategier i etterkant og i den forbindelse tegne en graf som illustrerer forholdet mellom ytre kraft og friksjonskraft. Kanskje også forklare hvorfor det faller. Rekorden er visstnok 6 esker og holdes av førsteamanuensis Otto Øgrim ved fysisk institutt i Oslo. Figur : Oppsettet for konkurransen. Den som klarer flest fyrstikkesker oppå hverandre vinner. (Symbolene kommer av at denne figuren egentlig skulle brukes i en artikkel som tok for seg utregning av hastigheten man må dra arket med.) Utarbeidet av: Eirik Fyhn, ENT3R Trondheim, vår 206 2

7 Hva om... I fysikktimene er det ofte noen elever som er veldig interesserte i å få en bedre forståelse av hva som skjer rundt oss. Det er ingen bedre måte å få forståelse på enn å diskutere problemstillinger. Fysiker Randall Munroe, forfatter av tegneserien xkcd, driver også nettsiden «What if?», der han svarer på absurde spørsmål fra lesere med resonnementer fra fysikk og realfag. Klarer elevene å reprodusere resonnementene hans? Dette opplegget krever nysgjerrige elever med mye vitelyst og ønske om å diskutere. Tidsbruk er avhengig av hvor interesserte elevene er, kan vare bortimot evig. Finn en god situasjon fra nettsiden Les den, og forstå hva som skjer. Gi utfordringen til elevene dine. Hva tror dere ville skjedd hvis...? Bli med i diskusjonene deres, og utfordre løsningene deres med hva som er fysisk mulig. Er det noe de ikke har tenkt på? Presenter løsningene til Munroe når elevene her ferdige med diskusjonene sine. Hadde de noen av de samme momentene? Tips og triks: Dette opplegget fungerer også veldig godt til å gå over flere dager. Det er mulig å slutte hver time med et spørsmål, og presentere løsningen neste time sammen med en diskusjon. Utarbeidet av: Sigrid Rønneberg, ENT3R Trondheim. Våren 205

8 Imploderende brusboks Dette opplegget demonstrerer hvordan vanlig atmosfæretrykk kan få en brusboks til å kollapse. Dette er et veldig enkelt og raskt opplegg. Det du trenger: - Brusboks - Kokeplate/ gassbrenner - Bolle med kaldt vann Start med å fylle en bolle med kaldt vann. Ha så en spiseskje med vann i brusboksen og sett den på en varm kokeplate Vannet i boksen vil begynne å fordampe og dytte luften ut av boksen. Når du ser at det kommer damp ut av toppen av boksen, tar du tak i boksen med en klype og sett den kjapt opp ned i bollen med vann. Dette gjøres i en bestemt bevegelse. Brusboksen vil implodere ved kontakt med det kalde vannet. - Klype/ tang

9 Tips og triks: Vis gjerne film fra YouTube hvor dette blir gjort med et oljefat for å vise hvor store disse Hvorfor skjer dette? o Når boksen står på kokeplaten, vil vannet inni fordampe. Dampen vil ta opp plassen og dytte luften ut av boksen. Når boksen blir snudd opp ned og satt ned i vannet, vil dampen i boksen fort kondensere til væske. Dette tar opp mye mindre plass enn dampen, og trykket vil derfor falle drastisk. Trykket på innsiden klarer derfor ikke å holde imot atmosfæretrykket på utsiden, så trykket på utsiden vil presse boksen sammen. Utarbeidet av: Espen Braastad, 3. klasse Maskin

10 Sentripetalkraft Dette opplegget er hentet fra Andreas Wahls tv- serie Med livet som innsats episode. ( livet- som- innsats/kmte5004/sesong- /episode- ) En tråd med et kronestykke i den ene enden og en tyngre gjenstand i den andre skal holdes i luften. En person holder kronestykket og en annen holder en blyant under snoren inntil flasken. Kronestykket slippes. Hva skjer så? Til dette opplegget trenger du: Kopp/Flaske Et kronestykke Snor Saks Blyant eller lignende 5-0 min, alt etter som hvor mye teori som presenteres. Klipp et taustykke på litt over din midjehøyde. Altså litt lengre tau enn den høyden du skal slippe kronestykket fra. Få en person til å holde kronestykket, mens for eksempel du holder en blyant ved siden av koppen. Hold koppen og kronestykket ca. like høyt som snoren er. Slipp kronestykket Kronestykket og snoren vil snurre rundt blyanten fortere enn koppen vil falle. Dermed stoppes fallet før koppen treffer bakken.

11 Tips og triks: Fungerer ikke trikset? Det kan skyldes enten at koppen er for tung eller at snøret er for kort. Du kan eventuellt justere dette med med en ekstra mynt eller noe liknende. Prøv deg frem. Svaret på hvorfor dette skjer er på grunn av sentripetalkraft. Forklar gjerne teorien til dette. Hele episode av Med livet som innsats tar for seg dette fenomenet. Det kan vurderes å vise hele programmet. Teorien blir godt forklart i den episoden. Utarbeidet av: Mari Eriksen Reitan, material NTNU ENT3R Trondheim 2

12 Skje og gaffel Dette eksperimentet er både fascinerende og enkelt, og viser hvordan messesenteret ikke nødvendigvis er lokalisert i den fysiske massen. Tidsbruk: Utstyr: 0-5 min Gaffel Skje Glass Fyrstikk Koble skje og gaffel sammen i tuppen slik t det danner en V. Stikk så en fysrtikk inn i mellomrommet mellom to tenner på gaffelen og plasser hodet på fyrstikken på kanten av vannglasset, (se figur ). Legemet satt sammen av gaffel og skje skal da balansere på kanten av glasset, men hvordan er dette mulig når massen av legemet er mye større enn massen av hode på fyrstikken? La elevene diskutere før du forklarer.

13 Tips og triks: Balansepunktet til et legeme er også kjent som messesenteret og presenteres ofte ved det velkjente trikset der man balanserer et kosteskaft på midten. I vårt tilfelle er legemet ikke symmetrisk i planet og vil derfor ha et messesenter som er lokalisert utenfor den fysiske massen av legemet. Faktisk er det lokalisert akkurat ved hodet på fyrstikken! Derfor kan den tunge massen balansere på en tynn fyrstikk. Figur Utarbeidet av: Elin Grendahl, ENT3R Trondheim, Vår 206 2

14 Varmt og kaldt vann Dette enkle forsøket illustrerer hvordan forskjellen i tetthet for kaldt og varmt vann vil skille dem ved kontakt. Tidsbruk: 0-5min Utstyr: To kopper Kokende vann Konditorfarge Stivt kort(bankort eller lignende) Begynn med å helle kaldtvann med konditorfarge i et glass og kokende vann (uten farge) i det andre. Glassene må være helt fulle Legg kjapt kortet over glasset med kokende vann og vend det over slik at glassene står oppå hverandre med drikkekanten i kontaktflaten (figur ). Fjern så forsiktig kortet slik at vannet kommer i kontakt. Da skal det kokende vannet bli liggende over det kalde. Spør elevene om de vet hva som skjer og hvorfor vannet skilles. Forsøk så å snu glassene opp ned (slik at kaldt vann er øverst og varmt nederst, figur 2). Spør elevene på forhånd om hva som kommer til å skje.

15 Tips og triks: Tettheten til flytende vann er 000 kg/m³, mens tettheten til kokende vann er mindre. Vanndamp er faktisk lettere, og har mindre tetthet, enn luft. Dette fører til at under like temperaturforhold vil vanndampen stige i forhold til luften. Når en legger kaldt vann øverst og kokende nederst vil de ikke skilles lenger. Det kokende vannet strømmer oppover av samme grunn som over, men på veien kjøles det ned av det kalde vannet. Vi får rett og slett en lunket blanding. Figur varmt over kaldt Figur 2 Kaldt over varmt Utarbeidet av: Elin Grendahl, ENT3R Trondheim, Vår 206 2

16 Ballong i flaske Dette opplegget er hentet fra Andreas Wahls tv- serie Med livet som innsats episode 6. ( livet- som- innsats/kmte50064/sesong- /episode- 6) En ballong skal blåses opp i en flaske med et lite hull i. Spørsmålet er hvorfor vil ikke ballongen trekke seg tilbake til sin opprinnelige form dersom man holder for hullet? Først lager man et lite hull i flasken. Hullet må ikke være større enn at en finger kan dekke det, samtidig må det være stort nok til at det er mulig å blåse opp ballongen. Prøv deg frem. Legg ballongen oppi flasken, og legg kanten rundt toppen av flasken slik at den holder seg på plass. Blås opp ballongen og så hold for hullet. Hvordan man ønsker å gå fram her bestemmer man selv. Ønsker du å vise hullet fra starten eller ikke? Til dette opplegget trenger du: Tom flaske uten etikett (gjerne,5l) Ballong Saks eller noe annet til å lage hull i flasken med 5-0 min, alt etter som hvor mye teori man presenterer. Vis for eksempel først at ballongen trekker seg tilbake når du ikke holder for hullet. Blås opp igjen og så hold for hullet. Hvorfor vil den ikke trekke seg tilbake nå?

17 Tips og triks: Det er enklere å holde for hullet over lengre tid dersom det har en jevn overflate. Grunnen til at ballongen holder seg oppblåst er at vakuum dannes i bunnen av flasken. Ballongen klarer ikke å trekke seg sammen, på grunn av trykket i bunnen av flasken. For å utjevne trykket, holder ballongen seg oppblåst. Når man slipper hullet, så vil ny luft strømme inn i flasken. Dette gjør at det er ingen krefter/trykk som motvirker ballongens sammentrekning. Utarbeidet av: Mari Eriksen Reitan, material NTNU ENT3R Trondheim 2

18 Brann trenger oksygen I dette forsøket skal elevene eller mentorene sette fyr på lycopodium eller coffee mate pulver. Lycopodium koster flere hundre kroner for en håndfull med pulver og det er vanskelig å få tak i. Coffee mate koster ca. 30kr og kan kjøpes på daglivarebutikken der kaffen står. Man får omtrent like bra resultat med coffee mate som med lycopodium. Pulveret som brukes er brennbart, men det kreves tiltrekkelig med oksygen for at det skal brenne, og det er det dette forsøket skal vise. Det er brann involvert i dette forsøket, så tenk på brannalarmen, det er viktig å ikke tenne på for mye pulver av gangen, og det kan være en god ide om mentorene forsøker litt på egenhånd hjemme først, før elevene forsøker seg. Opplegget kan ta noen minutter til 0 minutter. Utstyr som trengs: - Telys - Heksepulver (lycopodium) eller coffee mate (dette er mye billigere og fungerer nesten like bra). - Glasskål - Lighter eller fyrstikker Elevene deles inn i små grupper. Hver av gruppene skal ha et telys, en lighter eller fyrstikk og en glasskål. Først skal elevene helle litt av pulveret i glasskålen og forsøke å tenne på det. Pulveret vil ikke antennes. Hell så pulveret ut av glasskålen og putt telyset i skålen og tenn det på. Deretter tar man litt pulver på en teskje eller noe tilsvarene og hell pulveret forsiktig over telyst. Man kan også bruke hendene til å kaste pulver over lyset, men da bør man være forsiktig. Hvis pulveret helles jevnt over lyset så vil det brenne en flamme som varer i under et sekund, se bilde.

19 Konklusjon Når pulveret ligger tett sammen i glasskålen, så går det ikke an å tenne på det, fordi det er ikke tilstrekkelig oksygen. Når man derimot sprer pulveret i lufta så så vil det brenne om det antennes, siden det er tilstrekkelig oksygen mellom pulveret. Det har vært ulykker tidligere når man spruter white sprit fra en flaske på et bål. Flammen fra bålet vil antenne strålen fra flasken og dette kan forårsake eksplosjon. Hvis man fyller coffee mate pulveret i en ketsjup-flaske og spruter pulveret på en flamme så vil pulverstrålen antennes på sammen måte som en stråle fra en white sprit flaske. Det er derimot trygt å gjøre dette med pulver, siden pulveret i flasken ikke kan antennes på grunn av mangelen på oksygen. Utarbeidet av: ENT3R HiBU 2

20 Egg i flaske Dette opplegget er hentet fra en youtube- video som egentlig forklarer eksperimentet vel så bra: Glassflaske med åpning litt mindre enn et vanlig egg. Hardkokt egg, uten skall Fyrstikker Skrell av skallet på det hardkokte egget. Tenn på papirbiten og legg den nede i glassflasken. OBS! Det er viktig at det er en glassflaske og ikke en vanlig plastflaske, da plasten bare vil bli deformert. Etter et par sekunder, sett på egget slik at det tetter åpningen. Når flammene slukner og luften inne i flasken blir kjøligere vil det danne seg et undertrykk i flasken, siden kald luft tar mindre plass enn varm luft. Egget vil derfor bli sugd inn i flasken som følge av trykkforskjellen. Ev. en liten bit med papir som kan tennes på 5-0 min, avhengig av hvor lenge en har lyst til å snakke.

21 Tips og triks: Hvordan skal du få egget ut igjen? Blås inn i flasken slik at egget blir presset mot åpningen. Gjør du det riktig vil egget fyke like fort ut som det gjorde inn! Utarbeidet av: Kristian Hjorth, 3. klasse, fysmat NTNU ENT3R Trondheim. 2