Med hjälp av olika lekredskap på en lekplats kan man uppleva, och lära om, kraft och rörelse.
Hela kroppen blir aktiv i ett sådant lärande.
Klätterställning
Klättra upp och släpp olika par av föremål och jämför hur snabbt de faller till marken. Vad tror du kommer att hända? Faller alla föremål lika snabbt? Tag med olika föremål och prova. En elev kan stå uppe på klätterställningen och släppa par av föremål samtidigt medan resten av gruppen står på marken och observerar. Släpp en tom uppochnedvänd vattenmugg med hål i bottnen, samtidigt med en utan hål. Vad händer?
Undersök vidare genom att konstruera fallskärm till något av föremålen, med till exempel kaffefilter eller muffinsformar. Hoppa från klätterställningen med en rättvänd full vattenmugg. Vad händer? Kan du tänka ut några andra saker att hoppa med eller släppa?
En av naturkrafterna i universum är gravitationen. Den kallas även dragningskraft eller tyngdkraft. Det är gravitationen som gör att allting dras mot jordens mitt, så att vi inte ramlar av jordens yta. Man vet inte riktigt hur gravitationen uppstår, bara att olika föremål dras till varandra. Alla föremål skulle falla lika fort om de endast påverkades av gravitationen (jordens dragningskraft). Det kallas för fritt fall. Nära jordens yta påverkas ett fallande föremål också av luftmotståndet. Prova att släppa ett papper och en boll tillsammans. Vad händer om du knycklar ihop pappret och släpper det tillsammans med bollen?
Balansbom
Låt eleverna gå på en balansbom och testa hur mycket de kan luta sig i sidled innan de ramlar ner. Vad är det som gör att man ramlar ner? Låt dem förklara vad som händer dels när de hittat jämvikten, dels när de förlorar balansen.
Gravitationen (=tyngdkraften) påverkar varje liten del av ett föremål, men det är som om summan av alla de små tyngdkrafterna påverkar föremålet i en viss punkt, som kallas tyngdpunkten. För föremål med enkel form är det lätt att hitta tyngdpunkten. I till exempel en rak brädbit är tyngdpunkten i mitten. Om du går på en balansbom måste din kropps tyngdpunkt vara precis över bommen för att du ska kunna hålla dig kvar. När du har händerna ut från kroppen strävar du efter att hitta jämvikten och placera tyngdpunkten över bommen.
Gungbräda
Prova först hur det känns att lyfta en kompis en halv meter rakt upp. Orkar du? Prova sedan med att be samma kompis sätta sig längst ut på en gungbräda, och jämför hur det känns att lyfta denne genom att pressa ner den andra änden av gungbrädan. Låt eleverna gunga med personer som väger lika mycket och med personer som inte väger lika mycket. Försök att få jämvikt. Vem av er väger mest? Be dem förklara vad som händer.
En gungbräda är uppbyggd som en hävstång, ett viktigt verktyg för kraftutväxling redan under forntiden. Med hjälp av hävstångsprincipen kan man lyfta ett tungt föremål med en mindre kraft, genom att kraften verkar över en längre väg. När du gungar gungbräda med någon kan du hitta jämvikten genom att den som du gungar tillsammans med väger lika mycket som du själv. Samma tyngd på båda sidorna, och på samma avstånd från brädans fästpunkt, ger upphov till jämvikt.
Om du ska kunna gunga gungbräda med någon som väger mer än du själv behöver du kunna ändra hävstångens längd för att kunna hitta jämvikten. När två personer har hittat läget för jämvikt och den ena personen berättar hur mycket hen väger, så kan man beräkna den andra personens vikt. Fundera på hur man gör det!
Gunga
Hur får gungan fart? Beskriv hur du gör för att gunga. Låt eleverna förklara för varandra hur det känns att gunga. Be dem att blunda och känna efter var de känner sig tyngst respektive lättast. I vilket läge är farten som högst respektive lägst? Om man håller en flaska eller ett glas som har några cm saft, eller annan vätska i botten, mot gungans sits (i linje med kedjan) – Hur tror du då att vätskeytan kommer att stå när du gungar? Prova om det stämmer med din gissning.
Ta tiden det tar för gungan att pendla från ett läge och tillbaka igen (en period). Undersök vad det är som avgör hur lång tid det tar. Kan du tvinga gungan att gunga med kortare eller längre period? Prova till exempel med att starta gungan olika högt upp från marken (med olika stor amplitud). Jämför perioden då man sitter ner i gungan med att stå upp i den. Prova också med olika personer i gungan, samt med att göra kedjorna kortare. Om gungställningen har mer än en gunga så kan man göra ovanstående undersökningar genom direkt jämförelse utan tidtagning. Detta kallas ibland att ”gunga tvilling”. Kan du själv gunga tvilling med en tom gunga? Kan du gunga tvilling med en kompis om en av er sitter och en av er står upp?
När du gungar ändrar rörelsen hela tiden riktning, och kroppen känner av accelerationskrafter som försvagar eller förstärker upplevelsen av gravitationen (=tyngdkraften). När man är högst upp där gungan vänder är farten lägst och man känner sig nästan tyngdlös. När gungan är närmast marken är farten som högst och man känner sig då mycket tyngre. Ibland kallas detta för G-kraft. Gungans period beror inte på massan och mycket litet på amplituden. Gungans period beror på pendelns längd. En pendel med längden en meter har en period på omkring två sekunder. Eftersom svängningstiden beror på pendellängden är det svårt att gunga ”tvilling” med en tom gunga om man själv står upp, för då flyttas ju tyngdpunkten så att pendeln blir kortare!
Rutschkana
Låt eleverna leta upp olika saker med olika former och ytor som de sedan ska låta glida ner i rutschkanan. Innan eleverna släpper i väg föremålen kan de få gissa vilket de tror kommer att komma snabbast nerför kanan. Jämför vad som händer när man rullar olika föremål. Fyll till exempel en flaska med vatten, en annan likadan flaska med sand och låt en tredje likadan flaska vara tom. Vilken flaska rullar snabbast ned? Glöm inte att först gissa vad du tror kommer att hända.
Låt eleverna själva åka nedför rutschkanan. Undersök om det spelar någon roll om kanan är torr eller fuktig. Har det någon betydelse vilka kläder man har på sig? Man kan komplettera med tidtagning, vilket är lättare i en lång rutschkana. Mät sträckan av kanan. Rulla ned en boll, ta tiden och beräkna medelhastigheten för bollen. Jämför olika bollar och andra föremål för att se vilken/vilket som är snabbast. Om man har en rutschkana som slutar strax ovan marken kan man släppa en boll och iaktta hur den fortsätter ett stycke framåt. Hur långt kommer den? Låt bollen starta från olika höjd, och gör en tabell och ett diagram över hur sträckan bollen färdas innan den landar beror på starthöjd. Hur väntar du dig att sambandet skall se ut?
Friktion är en kraft som uppkommer mellan två ytor som är i kontakt med varandra, och den beror på ytornas små ojämnheter. Man kan använda rutschbanan för att undersöka hur hög eller låg friktionen är mellan olika ytor. Det vill säga hur lätt ett föremål glider på ett underlag. Friktionen gör också att runda föremål börjar rulla, eller rotera. Vattnet i flaskan följer inte med lika mycket i rotationen som sanden. Därför rullar vattenflaskan snabbare. Bollar som är kompakta rullar lite snabbare än sandflaskan. Bollar som har all massa i ett skal rullar långsammare.
Karusell och piruett
De gamla lekplatskarusellerna, som lät oss uppleva många fysikbegrepp i hela kroppen, har på många ställen ersatts av lekplatspiruetter av olika slag. Be en elev ta fart själv eller låt en kamrat hjälpa till. Låt eleverna undersöka vad som händer med rotationen när de drar in armarna mot kroppen. Vad händer när de i stället låter kroppen hänga så långt ut de kan med raka armar? Låt en kula falla fritt mot sanden under, dels med piruetten i vila, dels under rotation. Hur mycket flyttas nedslagsplatsen? Åt vilket håll? Låt en elev som roterar i piruetten prova att kasta en boll till en stillastående person.
Då armarna förs in mot kroppen i en piruett så ökar hastigheten. Förklaringen handlar om det s.k. rörelsemängdsmomentets bevarande. När kroppens massa omfördelas ändras radien till rotationscentrum. Rörelsemängdsmomentet bevaras då genom att hastigheten förändras. Minskar radien snurrar man fortare, och tvärtom. Man kan också prova med en snurrstol och hålla två tunga böcker i händerna som man drar in eller släpper ut.
Dansarens eller konståkarens piruetter och simhopparens volter är andra exempel på rörelsemängdsmomentets bevarande. I en roterande karusell eller piruett kan man uppleva en kraft, som vill dra en utåt. Den kallas för centrifugalkraft. Egentligen handlar det om en inåtriktad centripetalkraft som håller kroppen kvar i cirkelbanan. Den kan till exempel komma från friktion och från dina armar som du håller dig fast med. Ett föremål som lämnar ett roterande system med en viss fart och riktning fortsätter rakt fram i samma riktning. Det påverkas dock genast av andra krafter, till exempel gravitationen och luftmotståndet, vilket gör att föremålets fart och/eller rörelseriktning ändras.
Fortsätt gärna att utmana er själva på lekplatsen med hjälp av egna undersökningar utifrån elevernas frågor!
Fysik på rutschbanan
Utgå från barnens erfarenheter!
På de flesta förskolor och lekplatser finns rutschkanor och även de minsta barnen har erfarenheter av att det ibland går fort när man åker (till och med läskigt fort!), medan det ibland knappt går att åka alls (man fastnar nästan). Här finns ett utmärkt tillfälle att utmana barnen i att systematisera sina erfarenheter och kanske tillsammans undersöka vad det är som gör att det går olika lätt att åka. Barnen har säkert många idéer om detta. Fråga gärna barnen och samla ihop deras förslag. Kanske föreslår någon att det spelar roll vilka kläder man har, någon annan om det har regnat eller om något annat (till exempel sand finns på rutschkanan). Kanske kommer någon in på huruvida det spelar roll hur stor man är (vad man väger). Utifrån de här förslagen kan man tillsammans utforma undersökningar.
Att göra rättvisa försök
Det är bra om man som vuxen kan hjälpa barnen att testa en sak i taget (om man ändrar både vilka kläder man har och om rutschkanan är våt eller torr så vet man inte vad det är som spelade roll). Efter några försök där barnen ändrat flera saker samtidigt kanske man kan föreslå att man fortsätter att undersöka, men nu bara ändrar på en sak i taget. Vid sådana samtal får barnen också möjlighet att lära sig något som inte bara handlar om rutschkanan utan om hur man kan göra när man vill undersöka något. Många barn brukar också ha en känsla för det här: tävlingar ska vara rättvisa! Man pratar därför också ibland om ”rättvisa försök”. Här följer några förslag på möjliga undersökningar med utgångspunkt i erfarenheter från rutschkanan. Naturligtvis får du som förskollärare själv anpassa så att det fungerar i din barngrupp. Se det som en inspiration!
Att undersöka om kläderna påverkar hur lätt det går att åka
Om barnen säger att kläderna man har på sig påverkar, så kan man låta dem prova med lite olika kläder. Här finns det mycket att fundera på: Är det färgen på byxorna som påverkar eller är det materialet (det kan hända att barnen har fler idéer)? Utgå från barnens förslag och utforma tillsammans med barnen en lämplig undersökning. Färg går relativt lätt att prova men det kräver att ni har tillgång till byxor i samma sorts tyg men i olika färg. Även material går att undersöka med saker ni redan har. De flesta barn har ju regnbyxor på förskolan, kanske några andra överdragsbyxor, kanske har de på sig mjukisbyxor men har jeans eller något annat bland extrakläderna. Låt barnen pröva att ha på sig olika byxor när de åker och se vad de kommer fram till.
Att undersöka mer noga – att byta ut sig själv mot en kloss
När skillnaderna blir stora, är de lätta att lägga märke till, men när materialen är mer lika kan det vara svårt att veta om det gick snabbast den här eller förra gången man åkte. Kanske är det också någon som säger att det spelar roll hur mycket fart man satte när man börjar åka, eller om man håller händerna på kanten eller inte, eller om skorna skrapar i, eller om man håller upp dem. Man upplever inte undersökningen som ”rättvis”. Då kan man föreslå för barnen att man kan göra en undersökning med föremål i stället för att de åker själva – det blir då lättare att se till att allt går rätt till! Ni kan fortsätta att använda rutschkanan eller byta till en lutande bräda om det är enklare. I princip kan ni undersöka samma saker igen fast med klossar (eller små juiceförpackningar klädda i olika tyg). Nackdelen är att ni behöver ha förberett så att ni har förpackningar och tyger (samma material i olika färger, samt olika material med samma färg), om ni ska kunna göra motsvarande undersökningar som de som beskrevs ovan – när barnen provade med sina egna kroppar. Fördelen är att det är lättare att göra en ”rättvis” undersökning.
Att låta barnen dokumentera sina undersökningar
Om ni hjälps åt att släppa alla klossarna/juiceförpackningarna samtidigt – så tittar ni helt enkelt efter vilken som kommer ner först, eller om de kommer ner samtidigt. Blir det svårt att hålla uppmärksamheten och titta noga (det går ju trots allt ganska fort) så kan man filma till exempel med hjälp av en surfplatta eller telefon. Det finns appar där man kan filma och sedan spela upp i slowmotion, enklast använder man iPadens Slowmotion läge i kameran. Då går det lättare att se om de kom ner samtidigt eller inte (och om de verkligen släpptes i väg på en gång). Tabellen nedan är ett exempel på hur man ytterligare, om man vill, kan dokumentera undersökningen med barnen. Här undersöker man om färgen spelar roll, naturligtvis kan man göra en liknande tabell fast med olika material. Här räcker det att barnen sätter till exempel ett kryss i en ruta.
| Vad påverkar hur fort något glider nedför ett lutande plan? Spelar det någon roll vilket tyg klossen är klädd med? |
| Vilka klossar jämförs? |
Blå klossen kommer ned först |
Klossarna kommer ned ungefär samtidigt. |
Röda klossen kommer ned först |
|
|
|
|
| Test1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Att undersöka om det är något mer än kläderna som påverkar
När man känner sig nöjd med undersökningarna om färg och material, kan man om barnens intresse kvarstår, jämföra med och utan vatten på rutschkanan, och med och utan sand. Det blir lite svårare att släppa flera klossar samtidigt då; man blir nästan tvungen att börja med torr rutschkana och kanske ta tiden (om detta inte är för abstrakt för barnen), sedan byta till rutschkana med sand (och ta tiden), och sedan slutligen med våt kana (och ta tiden). Allt med samma föremål. Blir detta för abstrakt så är en möjlighet att barnen får undersöka detta med sina egna kroppar i stället. Låt dem prova att åka först på torr kana, sedan med sand och slutligen med vatten. Samma byxor hela tiden – helst… Det är så klart bra om man kan involvera barnen i hur man skulle kunna undersöka om det går fortast till exempel med vatten eller utan. De har säkert några bra idéer speciellt om de varit med om undersökningarna ovan där man undersöker om färgen respektive materialet spelar roll. Då är det säkert någon som inser vikten av att det är samma byxor man åker med hela tiden.
Kanske kan det vara så att undersökningarna ovan leder till en undran om det spelar roll vad klossen (eller du själv) väger för hur snabbt det går. Även detta kan man undersöka med klossarna (lite svårare med barnen själva). Lägg en kloss ovanpå en annan och jämför med en kloss som åker själv (för att det ska bli ett rättvist försök måste materialet de är klädda i vara samma). Eller som några barn kom på: hämta en stor sten och fäst ovanpå den ena klossen. Nu borde det bli riktigt stor skillnad OM det är så att det spelar roll hur mycket föremålet väger (vilken massa det har med fysikspråk).
Att införa begrepp
Om man vill kan man införa begreppet ”friktion” i samtalet med barnen i samband med att de själva utforskar fenomenet. Man kan beskriva det som händer med att friktionen blir större med vissa material och då går det trögare (blir svårare att åka), och med andra material blir friktionen mindre och då går det lättare att åka. Om du väljer att introducera begreppet friktion kan det också användas i andra situationer som till exempel när barnen halkar på isen på vintern (friktionen är liten, men kan bli större om man häller sand på isfläcken – då blir det mindre halkigt), eller när de undersöker vem som kan kana längst på strumporna. Hur går det för den som har ”halkfria” strumpor eller är barfota?
(Det kan också vara bra att tänka på att friktionen beror på båda ytorna – och på vad som finns mellan dem. Sand har inte samma effekt på en rutschkana som på snö!)
Experiment med gungbräda
På gungbrädan gäller det att hitta jämvikt.
Om man gungar med någon som är tyngre måste den som är tyngst vara närmast mitten.
Försök att balansera två legobitar på ena sidan med en legobit på andra sidan.
Spelar det någon roll hur man vänder den yttersta biten?
Går det att balansera 4 legobitar på ena sidan och en på den andra?
Idé tagen från ”Fysik på lekplatsen” från Lunds kommun.
