6 enkle fysikeksperimenter for børn

Fysik er den naturvidenskab, der beskæftiger sig med stof, energi, bevægelse og kraft. Målet med at studere fysik er at forstå, hvordan vores verden, og i forlængelse heraf, hvordan vores univers fungerer! Her er 6 super enkle naturvidenskabelige eksperimenter for børn til at udforske massefylde, tyngdekraft, elektricitet og tryk. Du har sikkert allerede de materialer, du skal bruge, liggende rundt omkring i huset: æg, vand, madfarve, appelsiner, en kam og endda spaghetti!

Ændring af vandets massefylde

Har du nogensinde set en sø fryse om vinteren? Når temperaturen falder, dannes der et islag på toppen, men under islaget er søen der stadig. Hvorfor sker dette, og hvorfor tror du, at det er så vigtigt? Vi vil tage fat på disse spørgsmål i det følgende eksperiment. Vi vil se nærmere på temperaturens indvirkning på vand og se, hvad der sker, når du prøver at blande forskelligt tempereret vand.

Det skal du bruge:

• To beholdere, f.eks. krukker eller målebæger
• Vand
• Fødevarefarve

Vejledning

1. Tilsæt ca. fire kopper vand til en beholder. Tilsæt 2-3 dråber blå madfarve, og bland godt. Stil den på køl i køleskabet natten over.

2. Varm ca. 1 kop vand op til dampende eller lige kogende. Tilsæt 2-3 dråber gul madfarve, og bland godt.

3. Hæld langsomt ~1/4 kop koldt vand i det varme vand. Sørg for at hælde meget langsomt og langs siden af beholderen, så der er minimal opblanding. Du bør se, at der dannes to lag. Tag tid på, hvor lang tid det tager for de to lag at komme gradvist sammen til et enkelt grønt lag.

Hvad sker der?

Ændring af vandets temperatur påvirker dets densitet. Når vand varmes op, vibrerer dets molekyler og bevæger sig rundt. Det får mellemrummet mellem dem til at blive større, hvilket resulterer i en lavere massefylde. Når vandet afkøles, bliver dets molekyler langsommere og kommer tættere på hinanden. Dette gør vandet mere tæt. Det afkølede vand i vores forsøg sank til bunden, fordi det havde en højere massefylde end det opvarmede vand. Det blev grønt, fordi det rørte noget af det varme vand på vejen ned, hvilket afkølede det og fik det til at synke.

I naturen er dette fænomen ansvarlig for en proces, der kaldes “omsætning”. Når det køligere vand synker ned og det varmere vand stiger op, får det lagene i en sø til at blande sig, så næringsstoffer som f.eks. ilt kan blive spredt over hele søen. Hvorfor fryser en sø så ikke fast fra bunden og op? Vandets massefylde fortsætter med at stige, indtil det når frysepunktet, men derefter ændrer dets massefylde sig igen. Is er langt mindre tæt end flydende vand, så alt vand, der fryser, stiger op til toppen. Isen danner et lag over søens overflade, men søen forbliver flydende nedenunder, så plante- og dyrelivet kan overleve vinteren igennem.

Sådan får man en appelsin til at synke eller svømme

Når man prøver at gætte, om en genstand vil flyde, er det nyttigt at tage hensyn til genstandens massefylde. Densitet er defineret som masse pr. volumenenhed, og genstande med et højere masse/volumen-forhold har en højere massefylde. Genstande, der er tættere end vand, vil synke, mens genstande, der er mindre tætte, vil forblive flydende.

Da den er mindre tæt end vand, vil en uskrællet appelsin flyde. Det burde være logisk, at det at skrælle en appelsin, og dermed mindske dens masse, burde have lille eller ingen effekt. Det, der sker, er faktisk det modsatte. Det kan virke kontraintuitivt, men i det følgende forsøg vil vi se, at skrælning af en appelsin faktisk får den til at synke.

Det skal du bruge:

• En beholder med bred åbning, f.eks. et glas
• En appelsin
• Vand

Retningslinjer

1. Fyld krukken med nok vand til at dække en appelsin, hvis den skulle være under vand.

2. Læg forsigtigt en uskrællet appelsin ned i vandet. Iagttag, hvad der sker. Synker eller flyder appelsinen?

3. Tag appelsinen ud af glasset, og skræl den.

4. Læg den skrællede appelsin tilbage i glasset. Hvad sker der nu med appelsinen?

Hvad sker der?

Det kan se ud som om, at det at skrælle appelsinen burde få den til at flyde endnu bedre, da vi ved at skrælle den fjerner noget af dens masse og gør den lettere. I virkeligheden er det, vi observerer, at det at skrælle en appelsin får den til at synke. Det virker ulogisk, indtil man tænker på tæthedens natur.

Tæthed er defineret som masse pr. volumen. En appelsinskal er meget porøs, hvilket betyder, at den har masser af små huller i den. Hullerne er i bund og grund små luftbobler. Disse luftlommer er tomrum, eller lommer uden masse, som ved beregning af den samlede massefylde tjener til at mindske det endelige resultat. Når man fjerner skrællen, fjernes luftlommerne. Nu har appelsinen en højere massefylde, fordi dens masse pr. volumenenhed stiger. Appelsinen er nu tættere end vand. Den synker derfor. Så selv om det ser ud til at gå imod fornuften, overholder resultatet faktisk reglerne for massefylde.

Sådan bruger du tyngdekraften til at fortælle, om et æg er kogt

“Tyngdekraften” er den kraft, der trækker os mod jorden, og den er ansvarlig for, at ting falder til jorden, når de kastes op eller tabes fra en vis afstand. “Tyngdepunktet”, eller “massecentret”, er det punkt, hvor en genstand har sin vægt koncentreret. Det kan betragtes som det punkt, hvor tyngdekraften virker på et objekt.

Det at have et stabilt tyngdepunkt gør ting som snurretoppe mulige, eller at en tovgænger kan balancere på en tynd wire. Vi kan også udnytte dette fænomen til at afgøre, om et æg er kogt, uden at vi behøver at slå ægget op!

Det skal du bruge:

• 2 æg
• 1 lille gryde
• Vand til kogning

Anvisning

1. Kog det ene af æggene hårdt. *Bemærk: Denne del kræver voksenovervågning. Der er flere måder at hårdkogte et æg på, men i forbindelse med dette eksperiment vil vi sikre os, at ægget er grundigt hårdkogt. For at opnå dette skal du lade ægget ligge i aktivt kogende vand i mindst 15 minutter.

2. Hæld ægget fra og skyl det under koldt vand. Læg ægget i køleskabet i en times tid eller mere. Dette er det, så du ikke kan se, hvilket æg der er kogt, blot ved at tjekke temperaturen.

3. Tag det kogte æg og det rå æg ud af køleskabet. Vend æggene, et ad gangen, på en bordplade eller en ren overflade. Læg mærke til forskellene i den måde, som hvert æg bevæger sig på. Det ene æg snurrer jævnt, mens det andet vugger rundt og er svært at snurre.

Hvad sker der?

Indholdet inde i det rå ægs skal er flydende, så det er i stand til at bevæge sig rundt. Når du forsøger at dreje det rå æg, flytter indholdet sig rundt. Dette gør, at æggets tyngdepunkt hele tiden ændrer sig. Fordi det ikke har et stabilt tyngdepunkt, drejer ægget ikke jævnt rundt, som en top ville gøre det, men vakler rundt. Det kogte æg derimod er fast indeni. Dets tyngdepunkt forbliver det samme. Derfor vil det hårdkogte æg snurre jævnt og kan let skelnes fra det rå æg, uden at man behøver at knække nogen af æggene op.

Test af en spaghettibro

En af de vigtigste beslutninger i byggeriet er valget af byggematerialer. Afhængigt af deres sammensætning er forskellige materialer i stand til at modstå forskellige belastninger. Vi kan undersøge dette koncept ved at konstruere en miniaturebro og derefter teste dens evne til at bære vægt. Vi vil bruge tråde af ukogt spaghetti til at se på, hvordan et bestemt byggemateriales strukturelle sammensætning påvirker dets evne til at modstå tryk.

Hvad du skal bruge:

• Spaghetti
• Papirclips eller S-krog
• Lille papirkop
• Flere mønter

Vejledning

1. Læg en streng ukogt spaghetti mellem to krukker eller kasser, så spaghettien danner en bro.

2. Bøj papirclipsen til en S-krog (eller brug blot en S-krog), og stik et hul i papirkoppen. Hæng papbægeret op i din krog, og hæng derefter forsigtigt krogen og bægeret på spaghettibroen.

3. Tilføj mønter i bægeret en ad gangen. Noter, hvor mange mønter du kan tilføje, før spaghettien går i stykker.

4. Opsæt forsøget igen, men denne gang skal du bruge to spaghettistrenge til at konstruere broen. Hvor mange mønter kan din nye bro holde til, før den nu går i stykker?

5. Gentag forsøget med stigende mængder spaghettistrenge. Hvad bemærker du om broens evne til at bære mønter, efterhånden som du tilføjer flere spaghettistrenge?

Hvad sker der?

En streng ukogt spaghetti er meget skør og knækker, når der lægges pres på den. Når vi tilføjer yderligere spaghettistrenge, fordeles trykket imidlertid mellem strengene, så det samlede tryk, der påføres hver enkelt streng, er lavere. Trådene deler i princippet belastningen, så antallet af mønter, der kan tilføjes, før broen knækker, stiger.

Et eksempel på et byggemateriale, der udnytter dette princip, er krydsfiner. Krydsfiner består af flere tynde plader af træfiner, der er blevet limet sammen. Dette resulterer i et materiale, der er i stand til at modstå et større tryk, end det ville være muligt med et enkelt ark.

Sådan laver du en kam “magnet”

Sandsynligvis har du oplevet statisk elektricitet på et eller andet tidspunkt. Det lille stød, du føler nogle gange, når du rækker ud efter et dørhåndtag, den måde dit hår rejser sig op, når du børster det, den måde din hat klæber til dit hår – alt dette er eksempler på statisk elektricitet.

I det følgende eksperiment vil vi bruge statisk elektricitet til at lave en “magnet”. Vi vil generere en elektrisk ladning på en hårkam og undersøge, hvordan denne ladning virker. Ved forsøgets afslutning vil vi have en bedre forståelse af statisk elektricitet, hvorfor den opfører sig som den gør, og hvad vi kan gøre for at minimere dens virkninger i vores dagligdag.

Det skal du bruge:

• En hårkam
• Et væv
• En saks

Vejledning

1. Hvis dit tissue er 2-lags, skal du adskille de to lag og kun bruge det ene. Brug en saks til at klippe vævet i kvarte stykker. Læg en af fjerdingerne fladt på en bordplade.

2. Kør en kam gennem dit hår flere gange (mindst 12 gange) i hurtig rækkefølge. Dette virker bedst i rent, tørt hår og giver de bedste resultater med den finere del af kammen eller den ende, hvor tænderne sidder tættere sammen.

3. Umiddelbart efter at have kørt kammen gennem håret, rører du kammen ved den ene kant af vævet. Du ved, at det har virket, hvis vævet rejser sig op for at møde kammen, så snart den kommer tæt på. Ved hjælp af din nye “magnetiske” kam løfter du vævet fra bordet og op i luften.

Hvad sker der?

Statisk elektricitet opstår, når negativt ladede partikler kaldet “elektroner” overføres til et objekt og får lov til at ophobe sig. I vores eksperiment var objektet kammen. Elektroner “hoppede” fra vores hår over på kammen, hvilket gav kammen en midlertidig negativ ladning. Fordi modsætninger tiltrækker hinanden, blev de negative ladninger på kammen tiltrukket af de positive ladninger på vævet, og vævet “klæbede” fast til kammen.

Tørre forhold er mere befordrende for statisk elektrisk ophobning, hvilket er grunden til, at man har tendens til at få flere statiske stød om vinteren. Det skyldes, at vand er en god leder. Når der er fugt, kan de statiske elektriske ladninger, der naturligt opbygges på en overflade, blive absorberet af vandpartikler, der er suspenderet i luften. Disse vandpartikler er ikke til stede under tørre forhold, så ladningerne ophobes, for så at forsvinde på én gang, når de kommer i kontakt med en anden genstand, f.eks. din hånd på et dørhåndtag.

Få et æg til at flyde i vand

Næsten alt flyder i vand. Et æg vil f.eks. synke til bunds, når det lægges i en beholder fyldt med vand. En bordtennisbold vil derimod flyde. Hvorfor sker dette? Hvad får noget til at flyde eller synke? Svaret er densitet. Genstande, der er tættere end vand, vil synke. Dem, der er mindre tætte, vil flyde.

Det følgende eksperiment giver dig mulighed for at observere virkningen af tæthed i praksis. Ved at ændre vandets massefylde kan vi ændre et ægs evne til at flyde.

Det skal du bruge:

• En gennemsigtig beholder som f.eks. et glas
• Et æg (Bemærk: Ægget behøver ikke at være hårdkogt, men det kan være mindre nervepirrende at lade de små håndtere et hårdkogt æg.)
• Vand
• Salt

Vejledning

1. Tilsæt 1 kop vand til den tomme beholder, eller hvor meget der skal til for at fylde beholderen halvt op, så et æg kan være helt under vand. Læg forsigtigt ægget i vandet, og observer, hvad der sker.

2. Fjern ægget. Tilsæt 6 spiseskefulde salt til vandet i beholderen, og rør rundt for at blande det. Læg forsigtigt ægget tilbage i saltvandet, og observer.

3. Fjern ægget, og skyl det med ferskvand. Tilsæt langsomt, for ikke at forstyrre saltvandet, en kop rent vand i beholderen, så det ikke forstyrrer saltvandet. Målet er at lægge det friske vand i lag på saltvandet, ikke at blande de to lag. Læg ægget i beholderen en tredje gang.

Hvad sker der?

Et æg har en højere massefylde end vand, så det vil ikke flyde. Men da vi tilsatte salt til vandet, ændrede vi dens massefylde. Vi gjorde det sådan, at vandet havde en højere massefylde end ægget. På grund af dette var ægget i stand til at flyde. For yderligere at fremhæve dette koncept tilføjede vi et lag ferskvand over saltvandet. Ægget sank gennem ferskvandet, men holdt op med at synke, da det nåede saltvandslaget.

Et punkt, der skal understreges, er, at en genstand ikke behøver at veje mindre end vand for at kunne flyde, den skal blot have en mindre massefylde. Det betyder, at det skal have et større antal lommer af tomrum i forhold til sin masse. Det er sådan, at både kan flyde, selv om de er så store og tunge, og det er derfor, at en bordtennisbold kan flyde, men ikke et æg.