LEGO og tyngdekraft

Denne gang skal vi se på to modeller, som bruger tyngdekraften. En hammer og et ur med pendul. De udnytter tyngdekraften. Noget skal løftes op, så det får beliggenhedsenergi, og så omdanner maskineriet energien til bevægelsesenergi.

Sidst på denne side drejes emnet over i begreberne tyngdeacceleration og massetiltrækning, som egentlig er det samme som tyngdekraft.

Hammeren er meget enkel. Når man drejer rundt på håndtaget tilføres der energi.   Når hammeren er højest oppe, er beliggenhedsenergien størst.   Når hammeren falder, er der tale om bevægelsesenergi. Hammeren har mistet al sin energi, når den ligger helt nede i hvile.
Hammeren er nem at bygge. Den virker ved hjælp af en knastaksel, som drejes rundt af et håndtag.   Hammerens hoved er placeret, så den kan slå en aksel igennem et tandhjul.   LEGO foreslår, at man kan teste, hvilket tandhjul, der giver mest modstand, når man vil banke akslen igennem. Her lærer man begrebet gnidningsmodstand at kende.   Byggevejledning til en mekanisk hammer, nr. 4a og 4b i sæt 9686. Hent PDF-fil

Ur med pendul   Det er spændende at bygge et ur. Selv om man har bygget meget med LEGO, så er et ur en udfordring, som bare må prøves.   Der følger en god byggevejledning med LEGO Education, så det er ikke det store problem at få sat klodserne rigtigt sammen.   Nogle enkelte steder skal der måske lige en lille hjælp til fra læreren, så står uret der efter en times tid.   Generelt må det nok anbefales, at der sættes dobbeltlektioner til side til timerne med LEGO Education.   Når man både skal nå at bygge, og læreren skal putte noget teori på, så er det godt med 90 minutter pr. opgave.
Sådan virker uret   Tyngdekraften trækker uret, og får det til at gå.   Pendulet svinger frem og tilbage på grund af tyngdekraften.   Et pendul med en længde på ca. 25 cm har en svingningstid på 1 sek. En svingning er både frem og tilbage.
Dette ur er ændret lidt i forhold til byggevejledningen fra LEGO Education.   Der er sat et mindre tandhjul i ude til venstre, for at få viseren til at foretage 60 tik-tak på en omgang.   Uret virker på den måde, at snoren til højre trækker i tandhjulene og tilfører uret bevægelsesenergi.
Uret gør brug af tyngdekraften på to forskellige måder. Et lod trækkes af tyngdekraften, og giver energi til bevægelserne i uret. Det er pendulets længde, der styrer tiden i uret.   Byggevejledning til et mekanisk ur, nr. 7a og 7b i sæt 9686. Hent PDF-fil
En gynge har noget med fysik at gøre - ligesom i uret. Vi benytter os af tyngdekraften.   Når vi gynger, er det lovene for et pendul, vi ser i funktion.   Man kan beregne tyngdeaccelerationen med en gynge, et fysisk pendul. Det lærer du mere om i 10. klasse.   Læs mere om pendulet . . .

Astronomi

En af de grundlæggende krafter i universet er massetiltrækning; til daglig kalder vi den for tyngdekraften eller tyngdeloven. Jorden svæver rundt om Solen på ét år, og det er massetiltrækning, der holder solsystemet på plads.

Tænk over hvor vigtig massetiltrækningen er . . .

• • Jorden er rund på grund af tyngdekraften
  • Vi har en atmosfære og lufttryk, takket være tyngdekraften
  • Vi ville ikke kunne snakke sammen uden en luftmasse
  • Vi ville flyve forvirrede rundt i universet uden tyngdekraft
  • I Solen presser brint sammen til helium, og der opstår varme og lys

 

Tyngdeaccelerationen på Jorden og på Månen

Tyngdekraft på Jorden, Månen og Mars

Når vi snakker om massetiltrækning og tyngdekraft, skal vi også nævne udtrykket tyngdeacceleration. Springer man ned fra et eller andet, vil hastigheden stige og stige, indtil luftmodstanden bremser accelerationen.

 

Den faldende bold

Vi har fået fat i en bold med stopur i. Når vi måler højde og faldtid, kan vi også beregne tyngdeaccelerationen.

  

  

Apollo 15 og Månen

En hammer og en ørnefjer falder lige hurtigt på Månen. Det kan man se på videoen herunder.

Tyngdeaccelerationen på Månen er 1,62 m/sek²

Faldtiden er 1,2 sekunder, kan man se på videoen

Formlen for et frit fald er   l = ½ g t²

Faldhøjden er l, g er tyngdeaccelerationen, t er tiden

Faldhøjde = ½ * 1,62 * 1,2 * 1,2 = 1,17 meter

Astronauten Dave Scott holdt hammer og fjer i en højde af 1,17 meter over Månens overflade. Det passer meget godt, når man ser, at han står med hammer og fjer ud for brystkassen.

 

 

Planeten Mars

Der er meget snak om Mars i disse år. Vi har flere robotter deroppe. Men hvordan er det med tyngdekraften på Mars?

På Mars er tyngdekraften lidt under det halve af det, vi har her på Jorden.
Det betyder . . .

• • Det er nemmere at lande og lettere på Mars end på Jorden
  • Det er sværere at holde på en atmosfære på Mars
  • Astronauter mister muskelmasse under ophold i vægtløshed eller svagere tyngdekraft

Tobias besøger Tycho Brahe Planetariet i København. Billedet forestiller planeten Mars og på skiltet stiller astronomerne det vigtige spørgsmål, om der har været liv på planeten.