Planera en undersökning och granska svaret

En fråga du kan mäta

Vi vill lära oss planera en undersökning som ger svar genom mätningar. Allt börjar med en fråga som går att undersöka. En sådan fråga har något du ändrar och något du mäter. Tryck på de två frågorna i bilden. Frågan ”Är pendlar bra?” kan ingen mätning svara på, den handlar om vad man tycker. Frågan ”Hur påverkar pendelns längd svängningstiden?” kan du svara på med linjal och tidtagarur.

Ändra, mät och håll lika

Nu planerar vi försöket med pendeln. Det du ändrar kallas den oberoende variabeln, här pendelns längd. Det du mäter kallas den beroende variabeln, här svängningstiden. Allt annat ska hållas lika, till exempel vikten och utslaget. Utslaget är hur långt du drar ut pendeln innan du släpper den. Dra i reglaget i bilden och se hur tiden ändras när längden ändras.

Ändra en sak i taget

En undersökning är rättvis när bara en sak ändras åt gången. Ändrar du flera saker samtidigt vet du inte vilken som gjorde skillnaden. Titta på pappershelikoptrarna i bilden. Frågan gäller vingarnas längd. Tryck på det som ska ändras och se när testet blir rättvist.

Ta tid på tio svängningar

En svängning är när pendeln går fram och tillbaka en gång. En svängning kallas också en period. En enda svängning går så fort att det är svårt att ta tid på den. Du startar och stoppar klockan lite fel varje gång. Ta därför tid på tio svängningar och dela tiden med tio. Då delas felet från klockan också på tio. Tryck på 1 period och sedan på 10 perioder i bilden.

Mät flera gånger

Varje mätning blir lite olika, även när du gör på samma sätt. Därför mäter du minst tre gånger för varje längd. Sedan räknar du ut medelvärdet. Du lägger ihop alla tider och delar med antalet mätningar. Titta på bilden: prickarna är tre mätningar, och strecket visar medelvärdet. En tid som sticker ut mycket mäter du om.

Rita ett diagram

I en tabell kan det vara svårt att se ett mönster. I ett diagram syns det direkt. Det du ändrar, längden, sätter du på den vågräta axeln. Det du mäter, tiden, sätter du på den lodräta axeln. Varje mätning blir en punkt. Titta på punkterna i bilden: ju längre pendel, desto längre tid.

Modeller kan bytas ut

En modell är en förenklad bild av hur något fungerar. Förr trodde man att jorden låg i mitten och att allt kretsade runt den. Kopernikus föreslog i stället att solen ligger i mitten. År 1610 såg Galilei i sin kikare att Venus har faser, precis som månen. Tryck på de två modellerna i bilden och jämför hur Venus ser ut. I Ptolemaios modell med jorden i mitten kan Venus inte visa alla faser.

Vem står bakom texten?

Information om fysik behöver också granskas. Olika avsändare kan skriva olika om samma fråga, till exempel kärnkraft. Tryck på de tre avsändarna i bilden. Fråga vem som står bakom texten och vad avsändaren vill uppnå. Fråga också vilka mätningar som stöder påståendet, och om andra har kommit fram till samma sak. Jämför flera källor innan du bestämmer dig.

Sammanfattning

En undersökningsbar fråga går att svara på med mätningar: ”Hur påverkar pendelns längd svängningstiden?” i stället för ”Är pendlar bra?”. Ändra en sak i taget (oberoende variabel), mät en sak (beroende variabel) och håll resten lika. Upprepa mätningar och ange medelvärde.

Fysikens modeller har byggts om när mätningar inte stämde. Newtons gravitationslag förutsade planeternas banor mycket bra, utom en liten detalj. Merkurius bana vrider sig lite mer för varje varv än Newton förutsade. Einsteins allmänna relativitetsteori förklarade avvikelsen. En modell är användbar så länge den förutsäger rätt; den kan bytas ut. Information om fysik granskas efter källa, mätunderlag och om andra kommit fram till samma sak.

Mätvärden blir lättare att tolka i ett diagram. Sätt det du ändrar, till exempel längden, på den vågräta axeln och det du mäter, till exempel tiden, på den lodräta. Då syns direkt hur tiden ändras när längden ändras. Ett cirkeldiagram visar andelar av en helhet och passar inte för ett sådant samband.

Olika avsändare beskriver samma fråga på olika sätt. Ett energibolag, en miljöorganisation och en lärobok kan skriva olika om kärnkraft. Fråga därför vem som står bakom texten, vad avsändaren vill uppnå och vilka mätningar som stöder påståendet. Jämför flera källor innan du tar ställning.

Fråga: Hur beror svängningstiden på pendelns längd? Oberoende: längd (20, 40, 60, 80 cm). Beroende: tid för 10 svängningar. Konstant: samma vikt och samma utslag. Tre mätningar per längd.

Vanliga missförstånd

• Många tror: En värderingsfråga går att undersöka med mätningar.

  Men mätningar visar hur något är, inte vad som är bra. ”Är pendlar bra?” går inte att mäta, men ”Hur påverkar pendelns längd svängningstiden?” gör det.

• Många tror: Man kan ändra flera saker samtidigt och ändå veta vad som orsakade skillnaden.

  Men bara om du ändrar en sak i taget, den oberoende variabeln, och håller resten lika vet du vad som påverkade den beroende variabeln.

• Många tror: En modell byts för att den är gammal eller för att forskare röstar om den.

  Men en modell byts när mätningar inte stämmer med den. Newtons gravitationslag kunde inte helt förklara Merkurius bana, men Einsteins teori kunde det.

Källor

1. Oberoende variabel (i ett experiment ges den bestämda värden), Nationalencyklopedin
2. 16.4 The Simple Pendulum (svängningstiden beror på längden och g, inte på massan), OpenStax College Physics 2e
3. Geocentrisk världsbild (Ptolemaios), Nationalencyklopedin
4. Heliocentrisk världsbild (Copernicus), Nationalencyklopedin
5. Phases of Venus (Galileis observation 1610), Museo Galileo, Florens
6. 2.4 The Birth of Modern Astronomy (Venus faser som test av Kopernikus modell), OpenStax Astronomy 2e
7. 3.1 The Laws of Planetary Motion (Kepler: banorna är ellipser), OpenStax Astronomy 2e
8. 24.3 Tests of General Relativity (Merkurius perihelium), OpenStax Astronomy 2e
9. Vetenskaplig metod, Wikipedia på svenska
10. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket