Krafter - bedömningsuppgift

1 Du ska kunna visa hur man ritar krafter. Rita bilder och förklara.

För att visa krafter ritar man de med kraftpilar. Man ritar pilarna olika beroende på vilken kraft man vill visa. Pilarna ritar man olika långa. Men om pilarna är lika långa ligger föremålet still. Då det är lika mycket kraft åt båda hållen.

Tyngdkraft: Tyngdkraft är jordens dragningskraft på ett föremål. Tyngdkraften påverkar varje liten del av ett föremål. Man visar tyngden med en enda pil. Pilen ritar man från föremålets tyngdpunkt ner mot jordens mitt, på grund av jordens dragningskraft. Ju mer massa ett föremål har desto större är tyngdkraften. Ju starkare tyngdkraften är desto längre pil ritar man. För att man ska veta vilken kraft som är ritad skriver man tyngdkraft som Fg. F är en förkortning av Force, som betyder kraft. g är en förkortning av gravity.

                                    

Normalkraft: Normalkraft är det motstånd en yta gör när ett föremål trycker på ytan. Normalkraft är en kraft mot tyngdkraften. De är alltså motkrafter till varandra. Normalkraft ritas ut med två pilar. En pil betecknar tyngdkraft. Man ritar den pilen från föremålets tyngdpunkt ner mot jordens mitt. Pilen visar att föremålet dras ner mor jordens mitt. Den andra pilen ritas från ytan som föremålet ligger på, och riktas rakt upp. Ju starkare kraften är desto längre pil ritar man. Pilen som visar tyngdkraft betecknas med Fg. Den andra pilen betecknas med Fn.

Friktionskraft: Friktionskraft är en kraft som avgör hur ett föremål glider mot en yta eller ett mot annat föremål. Hur stor friktionen blir mellan två föremål beror på hur ojämna ytorna är och vilket material de är gjord i. Ju mer friktion det är desto svårare blir det för föremålet att glida mot ytan. Ju mindre friktion det är desto lättare glider föremålet på ytan. Friktionskraft ritar man med en pil. Pilen ritas från föremålets kant och längs med ytan det glider på. Ju längre pilen är desto större friktion är det. Friktionskraft betecknas med Ff. F för Force och f för friktion. 

Denna kraft handlar om att förflytta ett föremål. Egentligen har kraften inte något namn. Men beroende på vad som flyttar föremålet får kraften ett namn. Om till exempel en person drar en stor låda heter kraften muskelkraft. Eftersom att personen använder sina muskler för att förflytta lådan.

Man visar denna kraft genom att rita en kraftpil. Pilen börjar där kraften påverkar föremålet. Sedan ritar man pilen åt de håll kraften är riktad mot. Ju längre pilen är desto starkare är kraften. Vid pilen skriver man en beteckning på vad det är för kraft.

På denna bild är det en person som drar ett föremål. I detta fall heter kraften Muskelkraft.

2 Varje kraft som påverkar ett föremål har alltid en motkraft. Förklara och ge exempel.

Alla krafter som kan påverka ett föremål har en motkraft.

Tyngdkraft och normalkraft är motsatser till varandra. Tyngdkraften gör så att ett föremål dras neråt mot jordens mitt. Men föremålet kan ju inte bara dras neråt, därför finns det en motkraft, normalkraften är motkraften i det här fallet.

Exempel: En bok som ligger på ett bord dras ner mot jordens mitt med hjälp av tyngdkraften. Men normalkraften som är motkraften gör så att boken håller sig kvar på bordet. Utan motkraften skulle boken åka rakt igenom bordet och bordet skulle gå sönder. Om inte motkraften fanns skulle alltså bordet inte orka hålla emot. Eftersom att det bara skulle vara en enda kraft som trycker på ovanifrån.

Ett till exempel är i dragkamp. I en dragkamp drar en grupp personer ett rep från två olika håll. I detta fall är muskelkraften den kraft som påverkar föremålet (repet). Den ena gruppen använder sin muskelkraft genom att dra åt ett håll. Men det finns också en motkraft, det är den andra gruppen som drar i repet åt andra hållet. I dragkamp finns alltså två krafter som drar åt motsatt håll. Kraften i dragkamp är muskelkraft.

3 Förklara skillnaden mellan begreppen massa och tyngd. Ge några exempel på hur man kan mäta dessa.

Tyngd hänger ihop med tyngdkraften. Tyngdkraft är en kraft som påverkar ett föremål. Tyngdens påverkande kraft avgörs av hur stor gravitationen är. Ju mer massa ett föremål innehåller desto mer påverkas det av tyngdkraften. Tyngd mäter man i Newton, betecknas med N. När man ska mäta Newton använder man en dynamometer.

Massan är ett mått på hur mycket materia ett föremål innehåller. Skillnaden mellan tyngd och massa är att massan påverkas inte av gravitationskraften. Vart föremålet än befinner sig kommer det aldrig att ändra massa. Massan kommer alltid att vara densamma som på jorden, som på månen eller i rymden. Massa mäts oftast i kilogram, förkortas Kg. För att mäta massa kan man använda sig av olika vågar.

Ett föremål kommer alltid att ha samma massa. Men tyngden kan variera beroende på vart föremålet befinner sig. 1 N motsvarar jordens dragningskraft på 100 g. Om till exempel en människa som väger 60 kg skulle tyngdkraften på jorden vara 600 N. På jorden skulle människan alltså uppfattas som tung. Man brukar säga att tyngden på månen är 1/6 av tyngden på jorden. Alltså är månens massa mycket mindre än jordens och därför finns det inte lika stark gravitationskraft som kan påverka föremålet. På månen skulle personen fortfarande väga 60 kg. Men tyngdkraften skulle vara 600 N / 6, alltså 100 N på månen. Därför skulle personen inte uppfattas lika tung på månen som på jorden.

4 Orsaker till att man vill öka eller minska friktion. Ge exempel och förklara. 

Friktion uppstår när två ojämna ytor glider mot varandra. Hur bra eller dåligt ytorna glider mot varandra, avgörs av hur mycket eller lite friktion det är. Och det avgörs av hur ojämna ytorna är eller vilket material de är gjorda av.

I vissa situationer vill man öka friktion och i vissa minska friktion.

Öka friktion: Man vill öka friktion på vissa vägar. På till exempel vinterhala vägar vill man öka friktion. Då kan man sanda eller grusa vägen. Det gör så att ytan blir ojämnare. Bilarna och andra fordon som färdas på vägar kan även ha vinterdäck istället för vanliga däck. Vinterdäck har små dubbar, vilket gör så att däcken får en ojämn yta. Detta leder till att det blir svårare för tex bilar att glida av vägen.

Man vill också öka friktion när man åker skidor. Om man åker i uppförs backar vill man ha fäste för att ta sig upp. För att få fäste vallar man skidorna. När man vallar sätter man ett slags klister eller tejp under skidorna. Fästet sätts under skidorna där foten är, eftersom att det är mest tyngd där. Det är där skidan rör ytan. Genom att valla skidorna får de ett lager av tex klister som bromsar upp och gör så att man inte glider så lätt.

Minska friktion: Friktionsvärme uppstår mellan rörliga delar i maskiner och motorer. Det kan skada maskinerna. Därför använder man sig av kullager för att minska friktionen. Kullager monterar man på axlar som ska snurra lätt. Istället för att maskinens eller motorns rörliga delar ska glida mot varandra, rullar de istället mot varandra, tack vare kullager. Glidfriktion omvandlas alltså till rullfriktion.

Om man ytterligare vill minska friktionen kan man smörja kullager och andra rörliga delar med olja eller fett. Oljan eller fettet gör så att det blir en tunn oljehinna som delarna glider på. Det kan man även till exempel göra på gångjärnen på en dörr.

När man åker skridskor kan isen smälta under skridskon. Eftersom att trycket blir så stort när man åker. Då bildas en vattenhinna som fungerar som en smörjning. På så sätt minskas friktionen, precis som när man smörjer olika delar med olja, de glider mot varandra.

5 Förklara begreppet hävarm. Hur kan vi använda hävarmar i vardagliga situationer för att underlätta för oss? Ge exempel.

Hävarm är avståndet mellan kraften och vridningspunkten.

Om man ska lyfta något tungt, till exempel en båt använder man sig av hävarm. Själva hävstången kan man konstruera med en planka som hävarm och en sten där vridningspunkten är. Det blir lättare att lyfta båten med en lång planka än en kort planka. Ju längre avståndet mellan kraften och vridningspunkten är desto större blir vridförmågan. Man utnyttjar alltså kraften på ett bättre sätt.

Vridmoment är ett begrepp som använder man för att beskriva hur stor vridförmågan blir med en viss hävstång och en viss kraft. För att ta reda på storleken på vridmomentet multiplicerar man kraftens storlek med hävarmens längd. Enheten för vridmomentet är Nm (newtonmeter) om kraften anges i N (Newton) och hävarmen i m (meter).

Hävarmar kan man ha användning för i olika situationer.

Exempel: En skiftnyckel är ett exempel på en enarmad hävstång. Om man ska spänna eller skruva loss en mutter, använder man en slags hävsång. Man brukar använda en skiftnyckel som hävstång. Vridningspunkten i hävstången är muttern som man skruvar loss eller spänner. Hävarmen är själva skiftnyckeln. Med en kort skiftnyckel är det svårare att tex lossa muttern, men med en längre skiftnyckel blir det lättare att lossa muttern, eftersom att man utnyttjar kraften mer.

Om tex kraften på skiftnyckeln är 200 N och hävarmen är 20 cm blir vridmomentet 40 Nm.

Kraft: 200 N

Hävarm: 20 cm = 0,20 m

Vridmoment: 200 x 0,20 = 40 Nm

En hävstång använder man också när man ska klippa något, till exempel när man ska klippa ut bilder från en tidning eller öppna en påse chip. I dessa sammanhang använder man en sax. En sax är ett exempel på en tvåarmad hävstång. Det som gör den tvåarmad är att det finns krafter på båda sidorna om vridningspunkten.

Saxens vridningspunkt är skruven som håller ihop de två bladen. Hävarmarna är handtagen och bladen.

Exempel på enarmade hävstänger:

Nötknäppare, skottkärra och kofot.

Exempel på tvåarmade hävstänger:

Åror, balansvåg och spett.

6 Förklara begreppet tyngdpunkt.

Med tyngdpunkt menas att det finns en punkt i alla föremål där hela massan är samlad. Med det kan även finnas massa utanför tyngdpunkten. Tyngdpunkten är där det finns lika mycket massa åt alla håll.

Exempel: Om man balanserar en penna på ett finger kan man hitta tyngdpunkten i pennan. På det ställe man kan hålla fingret på så att det blir jämnvikt finns tyngdpunkten. I det här fallet är det i mitten av pennan.

Tyngdpunkten kan även finnas utanför föremålet, den behöver inte alltid vara inuti.

Exempel: I en ring är tyngdpunkten utanför föremålet. 

Tyngdpunkten är precis i mitten av ringen. Där det är lika mycket massa åt alla håll.

Om denna ring skulle vara tex i kartong kan man hitta tyngdpunkten med hjälp av ett lod. Lodet kan man tillverka av tråd, två magneter och ett häftstift. Magneterna fäster man längst ner på tråden och häftstiftet fäster man i en ögla, som man har gjort längst upp på sytråden. Genom att fästa häftstiftet i ringen kommer magneterna att fungera som tyngd och dras ner mot jorden mitt (p.g.a dragningskraften). Man kan rita linjer efter tråden på kartongen. Där linjerna möts är tyngdpunkten. I det här fallet blir det utanför ringen.

7 Hur ska man tillverka föremål för att de ska stå stadigt? Ge exempel och förklara.

För att ett föremål ska stå stadigt behövs stödyta och tyngdpunkt.

Om man ska tillverka till exempel en racerbil behövs stödyta och tyngdpunkt. Det bästa sättet att tillverka en racerbil på är att den får stor stödyta och låg tyngdpunkt.

Ju större stödyta och lägre tyngdpunkt desto stadigare blir föremålet. Om tyngdpunkten är innanför stödytan kan inte föremålet välta. Föremålet välter eller välter inte beroende på vart lodlinjen finns.

Om man tittar uppifrån på en racerbil ser man att hjulen ligger utanför själva bilen. Det gör så att den får större stödyta.

Om man tittar från sidan ser man att racerbilen är väldigt låg, den ligger nära marken. Det gör så att den får låg tyngdpunkt.

Den stora stödytan tillsammans med låg tyngdpunkt gör så att ett föremål blir stadigare.