Fart, krafter och rörelseförändringar

Krafter, rörelser och systematiska undersökningar · Åk 7–9

Undersök en vagn som rör sig med konstant fart. Ändra en sak i taget och jämför dina mätvärden. Se sedan hur krafter ändrar en rörelse och vad det betyder i trafiken.

Vad är fart?

Vi vill kunna säga hur snabbt något rör sig. Det kallas fart. Fart är hur lång sträcka något hinner på en viss tid, oftast en sekund. Titta på vagnen i bilden. Varje sekund lämnar den en prick efter sig. Mellan prickarna är det lika långt, 2 m. Vagnen hinner alltså 2 meter varje sekund. Då är farten 2 meter per sekund, och vi skriver 2 m/s.

Räkna ut farten

Ofta vet vi hur långt något åkte och hur lång tid det tog. Då kan vi räkna ut farten. Vi delar sträckan med tiden. Det är formeln v = s / t. Vagnen i bilden åker 15 m på 5 s. 15 / 5 = 3, så farten är 3 m/s.

Räkna ut sträckan

Vet du farten och tiden kan du räkna ut sträckan. Varje sekund hinner bilen lika långt. Därför multiplicerar du farten med tiden: s = v · t. Bilen i bilden kör 3 m/s i 4 s. 3 · 4 = 12, så den hinner 12 m.

Rörelsen i en graf

Vi kan också rita en rörelse i en graf. Tiden står på den vågräta axeln och sträckan på den lodräta. Konstant fart ger en rak linje. Den snabba vagnen hinner längre varje sekund, så dess linje är brantare. En vågrät linje betyder att föremålet står still.

Modell och verklighet

Formeln s = v · t är en modell. I modellen är farten exakt lika hela tiden, och inget bromsar. Ett riktigt försök blir aldrig så perfekt. Mätpunkterna i bilden hamnar lite bredvid linjen. Därför skriver vi både vad modellen säger och hur vi mätte.

Krafter ändrar rörelsen

En kraft kan ändra ett föremåls fart eller riktning. På bilen i bilden drar motorn framåt, och friktion och luft bromsar bakåt. Är pilarna lika långa tar krafterna ut varandra. Då behåller bilen sin fart. Tryck på Mer framåt. Då blir det en kraft kvar framåt, och farten ökar. Blir det en kraft kvar bakåt minskar farten.

Friktion bromsar

Varför stannar en rullande leksaksbil av sig själv? Det är inte för att en kraft framåt tar slut. Friktion från underlaget bromsar den hela tiden. Släpp bilen på de tre underlagen i bilden. På mattan är friktionen störst, så där stannar bilen först. Utan friktion och luftmotstånd skulle bilen rulla vidare med samma fart.

Stoppsträcka i trafiken

I trafiken hinner en bil åka en bit innan föraren börjar bromsa. Den biten kallas reaktionssträckan. Den räknas med s = v · t, där t är reaktionstiden. Sedan kommer bromssträckan, medan bilen bromsar till stopp. I bilden reagerar föraren på 1 s och bromsar lika hårt varje gång. Välj 30 km/h och sedan 60 km/h. Reaktionssträckan blir dubbelt så lång, men bromssträckan blir fyra gånger så lång. Det beror på att dubbel fart ger fyra gånger så mycket rörelseenergi.

Tröghet

Tröghet betyder att ett föremål behåller sin fart och riktning tills en kraft ändrar dem. Tryck på knappen så tvärbromsar cykeln i bilden. Cykeln stannar, men cyklisten fortsätter framåt. Bromsen verkar på cykeln, inte på cyklisten. Samma sak händer när du står i en buss som bromsar. I en bil är bältet den kraft som bromsar kroppen tillsammans med bilen.

Sammanfattning

Fart beskriver hur lång sträcka ett föremål färdas per tidsenhet. Vid konstant fart gäller sträcka = fart · tid. Med m/s och sekunder får du meter.

I modellen är farten konstant och ingen friktion ändrar rörelsen. Ett verkligt försök kan ge avvikande värden. Dokumentera därför både modellen och hur mätningen gjordes.

En kraft kan ändra ett föremåls fart eller riktning. Om krafterna på ett föremål tar ut varandra behåller det sin fart. Blir det en kraft kvar framåt ökar farten, och blir det en kraft kvar bakåt minskar den. Friktion och luftmotstånd är krafter som bromsar.

I trafiken hinner ett fordon åka en bit innan föraren börjar bromsa. Den reaktionssträckan är fart · reaktionstid. Sedan kommer bromssträckan. Vid dubbelt så hög fart har fordonet fyra gånger så mycket rörelseenergi, så bromssträckan blir ungefär fyra gånger så lång. Därför betyder låg fart och stort avstånd mycket för säkerheten.

Tröghet betyder att ett föremål behåller sin fart och riktning tills en kraft ändrar dem. Står du i en buss som bromsar fortsätter din kropp framåt, eftersom bromsen verkar på bussen och inte på dig. I en bil är bältet den kraft som bromsar kroppen tillsammans med bilen.

En vagn som rör sig med 3 m/s i 4 s färdas 12 m: 3 · 4 = 12.

Vanliga missförstånd

  • Många tror: En rörelse behöver en kraft framåt och tar slut av sig själv.

    Men om krafterna tar ut varandra behåller föremålet sin fart, det kallas tröghet. Det saktar in bara när friktion eller luftmotstånd bromsar det.

  • Många tror: Dubbelt så hög fart ger dubbelt så lång bromssträcka.

    Men vid dubbelt så hög fart har fordonet fyra gånger så mycket rörelseenergi. Därför blir bromssträckan ungefär fyra gånger så lång.

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

    Men när flera saker ändras samtidigt går det inte att avgöra vilken av dem som gav skillnaden. Ändra en sak i taget och håll resten lika.

Källor

  1. Hastighet (sträcka per tid, SI-enhet m/s), Nationalencyklopedin
  2. 2.3 Time, Velocity, and Speed (medelfart = sträcka / tid), OpenStax College Physics 2e
  3. 4.2 Newton's First Law of Motion: Inertia (utan en kraft kvar behåller ett föremål sin fart), OpenStax College Physics 2e
  4. 7.2 Kinetic Energy and the Work-Energy Theorem (dubbel fart ger fyra gånger rörelseenergin), OpenStax College Physics 2e
  5. Bromssträcka (sträckan ett fordon rör sig medan det bromsas), Nationalencyklopedin
  6. SI-broschyren: Internationella måttenhetssystemet, BIPM
  7. Fart, Wikipedia på svenska
  8. Hastighet, Wikipedia på svenska
  9. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket