Newton Camp modul 1190 "Luftige reiser, Newton-camp Vest-Agder 2015" Kort beskrivelse av Newton Camp-modulen I disse aktivitetene skal vi se på hvordan luft kan brukes på ulike metoder til å forflytte seg. Vi begynner med å vise deltakerne hvordan en fallskjerm fungerer og prinsippene bak. Ifra dette går vi videre til å snakke litt om varm og kald luft og prinsippene for en luftballong. Vi forklarer ulike fysiske prinsipper til dette. Etter dette går vi over til å snakke om lufttrykk og energien. Vi bruker et kinderegg med bakepulver for å vise dette. Så går vi over til dagens siste oppgave som er å bygge en flaskerakett.
1. Navn "Luftige reiser, Newton-camp Vest-Agder 2015" 2. Kort beskrivelse I disse aktivitetene skal vi se på hvordan luft kan brukes på ulike metoder til å forflytte seg. Vi begynner med å vise deltakerne hvordan en fallskjerm fungerer og prinsippene bak. Ifra dette går vi videre til å snakke litt om varm og kald luft og prinsippene for en luftballong. Vi forklarer ulike fysiske prinsipper til dette. Etter dette går vi over til å snakke om lufttrykk og energien. Vi bruker et kinderegg med bakepulver for å vise dette. Så går vi over til dagens siste oppgave som er å bygge en flaskerakett. 3. Dagsplan 10.00-10.15: Intro: Dagsaktiviteter og inndeling i grupper 10.15-10.45: Illustrere luftmotstand og tyngdekraft fra tre 10.45-11.15: Deltakerne gjør forsøket med varmt vann i flaske 11.15-12:00: Deltakerne svarer på spørsmål til varm- og kald luft og tester kinesisk lanterne. 12:00-12.15: Gjennomgang av oppgave 12.15-12.45: Matpause 12:45-13.15: Intro til aktivitet, lufttrykk og kinderegg 13.15-13.30: Tester ut kinderegg 13.30-15.00: Bygge rakett og rampe 15.00-15.45: Konkurranse 15.45-16.00: Gjennomgang 4. Faglige innholdsmomenter 4.1 Faglig tema Gravitasjon, luftmotstand, lufttrykk og temperaturs påvirkning på gasser. 4.2 Faglig bakgrunnsinformasjon -for aktiviten(e) og åpne spørsmål Vet du om noen fremkomstmidler som bruker luft? Hvordan kan man utnytte luft og dens egenskaper til å transportere? Hva skjer når man varmer opp luft? Hva er egenskapene til bakepulver, og hva skjer når man blander det med vann? Hvorfor sprenger et kinderegg som har en blanding av bakepulver og vann? Hvordan kan du bruke luft som energilager? Hva er luft? Luft er en samling av forskjellige gasser. Luften er viktig for liv, men har andre viktige egenskaper som vi kan utforske og utnytte. Gass, som alt annet materie, består av atomer og molekyler. Hoveddelen av luften består av nitrogen, etterfulgt av oksygen, som utgjør 99%, men inneholder også andre gasser som argon, karbondioksid og helium. En konsekvens av denne materien er friksjon mellom molekylene og overflaten til et objekt, som vi kaller luftmotstand. En annen viktig del av luftmotstanden er forskjellen i trykk framsiden og baksiden av et objekt 2/5
i bevegelse. Fritt fall Hva skjer når man slipper objekter i fritt fall med forskjellige tyngde, form og størrelse, og hvordan påvirker dette fallet når en av disse variablene blir forandret? Tyngdekraften er en universell tiltrekningskraft mellom all masse. Det er denne kraften som gjør at jorda går rundt solen og som trekker alle objekter på jorda mot jordas sentrum. På jordas overflate er denne kraften tilnærmet like sterk og fører til en konstant akselerasjon på ca 10 m/s2. Det er denne kraften som trekker gassmolekylene mot jorda og gir oss atmosfæren vi trenger for å leve. På Mars er tyngdekraften lavere. Dette er en av årsakene til at planeten har mistet sin atmosfære. På slutten av 1500-tallet kom Gallileo Gallilei frem til at om man tenker seg et lufttomt rom, vakuum, vil alle objekter falle med samme akselerasjon mot jorden. Det betyr at om man på månen slipper en fjær og en hammer vil de falle med samme hastighet. Dette ble forsøkt og bekreftet av astronautene på Apollo 15 i 1971. Om man derimot ikke har vakuum vil luft motarbeide objektet i fritt fall. Dette kaller vi luftmotstand. Luftmotstand kommer av molekylenes motarbeid av et objekt i bevegelse. Dette skylles objektets friksjon mot luftmolekylene og arbeide som trengs for å skyve til side luften foran objektet. Varmlufsballong og trykkendring i flaske Alle gasser har samme antall molekyler per liter, tetthet, ved samme temperatur og trykk. Ved å forandre temperaturen vil tettheten forandres. Når man varmer opp luft vil tettheten minske, mindre molekyler per liter. Dette gjør at varmluft er lettere enn kaldluft og varmluften stiger. Det motsatte prinsippet er når luft blir kjølt ned, og tettheten øker. Når temperaturen i flasken synker vil luftmolekylene trekke seg sammen og trykket minsker, det blir dannet et undertrykk. Siden trykkforskjellen i flasken og utenfor er så stor vil flasken prøve å trekke til seg luft utenfor, for å kompensere for det manglende trykket. Det motsatte vil skje når temperaturen øker, luft vil sige ut av flasken. Kinderegg En gass er et kaos av molekyler som kolliderer med hverandre og med veggene i beholderen slik at det oppstår et gasstrykk mot veggene. Om man tilfører mer gass i en lukket beholder vil det da bli et større trykk enn tidligere. Når vann og bakepulver reagerer blir det dannet CO2 gass i en kjemisk reaksjon. Gass trenger et større volum enn den gjorde da den var bundet i bakepulveret, om det ikke er større tilgang til større volum vil trykket øke. Når trykkforskjellen mellom innsiden og utsiden av beholderen når et kritisk punkt vil tilslutt beholderen gi etter og energien i beholderen frigis. Flaskerakett Man trenger ikke en kjemisk reaksjon for å øke trykket i en beholder. Det er også mulig å øke trykk med hjelp av en pumpe. Dette kalles komprimering av luft. Dette kan man bruke til å øke trykket i en flaske med hjelp av en pumpe og en kork. Etter hvert som trykket i flasken øker vil det svakeste leddet, korken, gi etter og den opparbeidede energien i trykket i flasken frigis og sende flasken i motsatt retning av åpningen. Hvis man vil bruke denne energien til å skyte flasken lengst mulig gjennom luften må flasken være skråstilt. Man kan variere vinkelen til skråstillingen, noe som vil føre til forskjellig lengde og høyde på banen til flasken. 5. Egnet sted for gjennomføring Flatt og åpent område. 6. Anbefalt aldersgruppe 3/5
12-16 år 7. Anbefalt antall deltakere pr leder 4-5 deltagere pr leder 8. Utstyr og materiell 8.1 Utstyr til denne modulen -Planker, spiker, hammer, sag, tomflasker, kork, pumpe, papp, gaffateip, zalo, pose - Lanterne, ballong, 0,5l tomflaske, balje, fyrstikker 8.2 Materiell/oppgaver 9. Praktisk informasjon 9.1 Oppmøtetid og -sted Oppmøte kl. 10.00 9.2 Hentetid og -sted Kl 16.00 9.3 Utstyr for deltakere 9.3.1 Fast utstyr som må være med deltakerne hver dag: Klær og fottøy til all slags vær 9.3.2 Utstyr for denne modulen: 10. Sikkerhet 10.1 Krav til veiledere En veileder må ha livredningsprøven. Veilederne må ha førstehjelpskunnskape 10.2 Krav til aktiviteten Deltagere som ikke følger sikkerhetsinstruksjoner gitt av veiledere, kan bli sendt hjem. 10.3 Ansvar og forsikring Deltagerne må ha egen ferie-/fritidsforsikring. 4/5
11. Utviklet av Studenter ved Universitetet i Agder i faget naturfagdidaktikk, fagansvarlig UiA Anne Lien, og Per Thomas Skaanes fra Den Norske Turistforening. 5/5