6 enkla fysikförsök för barn

Fysik är en naturvetenskap som handlar om materia, energi, rörelse och kraft. Målet med att studera fysik är att förstå hur vår värld, och i förlängningen hur vårt universum fungerar! Här är 6 superenkla vetenskapliga experiment för barn för att utforska densitet, gravitation, elektricitet och tryck. Du har förmodligen redan de material du behöver liggande runt om i huset: ägg, vatten, matfärg, apelsiner, en kam och till och med spaghetti!

Förändring av vattnets densitet

Har du någonsin sett en sjö frysa på vintern? När temperaturen sjunker bildas ett isskikt på toppen, men under isskiktet finns sjön fortfarande kvar. Varför sker detta, och varför tror du att det är så viktigt? Vi ska ta itu med dessa frågor i följande experiment. Vi ska titta närmare på temperaturens effekter på vatten och se vad som händer när du försöker blanda vatten med olika temperatur.

Vad du behöver:

• Två behållare, t.ex. burkar eller mätbägare
• Vatten
• Födaktfärg

Anvisningar

1. Tillsätt ungefär fyra koppar vatten i en behållare. Tillsätt 2-3 droppar blå matfärg och blanda väl. Kyl i kylskåpet över natten.

2. Värm cirka 1 kopp vatten till ångande eller precis kokande. Tillsätt 2-3 droppar gul matfärg och blanda väl.

3. Häll långsamt ~1/4 kopp kallt vatten i det varma vattnet. Se till att hälla mycket långsamt och längs behållarens sida så att det blir minimal blandning. Du bör se att det bildas två lager. Ta tid på hur lång tid det tar för de två lagren att gradvis komma samman till ett enda grönt lager.

Vad händer?

Och om man ändrar vattnets temperatur påverkas dess densitet. När vatten värms upp vibrerar dess molekyler och rör sig runt. Detta gör att utrymmet mellan dem ökar, vilket resulterar i en lägre densitet. När vattnet svalnar saktar dess molekyler ner och kommer närmare varandra. Detta gör vattnet tätare. Det kylda vattnet i vårt experiment sjönk till botten eftersom det hade en högre densitet än det uppvärmda vattnet. Det blev grönt eftersom det rörde vid en del av det varma vattnet på vägen ner, vilket kylde ner det och fick det att sjunka.

I naturen är detta fenomen ansvarigt för en process som kallas ”omsättning”. Sänkningen av kallare vatten och höjningen av varmare vatten gör att lagren i en sjö blandas, vilket gör att näringsämnen som t.ex. syre kan spridas över hela sjön. Så varför fryser inte en sjö fast från botten och uppåt? Vattnets densitet fortsätter att öka tills det når fryspunkten, men sedan förändras dess densitet igen. Is är mycket mindre tät än flytande vatten, så allt vatten som fryser stiger upp till toppen. Isen bildar ett lager över sjöns yta, men sjön förblir flytande under ytan, vilket gör att växt- och djurlivet kan överleva under vintern.

Hur man får en apelsin att sjunka eller simma

När man försöker gissa om ett föremål kommer att flyta är det bra att ta hänsyn till föremålets densitet. Densitet definieras som massa per volymenhet, och föremål med ett högre förhållande mellan massa och volym har en högre densitet. Objekt som är tätare än vatten kommer att sjunka, medan objekt som är mindre täta kommer att hålla sig flytande.

En oskalad apelsin kommer att flyta eftersom den är mindre tät än vatten. Det borde stå klart att det borde ha liten eller ingen effekt att skala en apelsin och därmed minska dess massa. Vad som händer är i själva verket det motsatta. Det kan verka kontraintuitivt, men i följande experiment ska vi se att skalning av en apelsin faktiskt får den att sjunka.

Vad du behöver:

• En behållare med bred mynning, t.ex. en burk
• En apelsin
• Vatten

Anvisningar

1. Fyll burken med tillräckligt med vatten för att täcka en apelsin, om den skulle vara nedsänkt.

2. Lägg försiktigt en oskalad apelsin i vattnet. Observera vad som händer. Sjunker eller flyter apelsinen?

3. Ta ut apelsinen ur burken och skala den.

4. Lägg tillbaka den skalade apelsinen i burken. Vad händer med apelsinen nu?

Vad händer?

Det kan tyckas att om apelsinen skalas borde den flyta ännu bättre, eftersom vi genom att skala den tar bort en del av dess massa och gör den lättare. I själva verket observerar vi att om man skalar en apelsin så får den att sjunka. Detta verkar ologiskt tills man tänker på densitetens natur.

Densitet definieras som massa per volym. Ett apelsinskal är mycket poröst, vilket innebär att det har många små hål i det. Hålen är i huvudsak små luftbubblor. Dessa luftfickor är tomrum, eller fickor utan massa som när man beräknar den totala densiteten tjänar till att minska slutresultatet. När man tar bort skalet avlägsnas luftfickorna. Nu har apelsinen en högre densitet, eftersom dess massa per volymenhet ökar. Apelsinen är nu tätare än vatten. Den sjunker därför. Så även om det verkar strida mot förnuftet är resultatet faktiskt att man följer reglerna för densitet.

Hur man använder gravitationen för att avgöra om ett ägg är kokt

”Gravitation” är den kraft som drar oss mot jorden, och den är ansvarig för att saker och ting faller till marken när de kastas upp eller släpps från ett avstånd. ”Tyngdpunkten”, eller ”massans centrum”, är den punkt där ett föremåls vikt är koncentrerad. Det kan betraktas som den punkt där gravitationen verkar på ett föremål.

Att ha en stabil tyngdpunkt gör saker som snurrande toppar möjliga, eller att en linjelöpare kan balansera på en tunn vajer. Vi kan också dra nytta av detta fenomen för att avgöra om ett ägg är kokt, utan att behöva knäcka ägget!

Vad du behöver:

• 2 ägg
• 1 liten kastrull
• Vatten för kokning

Anvisningar

1. Koka ett av äggen hårt. *Observera att den här delen kräver övervakning av en vuxen. Det finns flera sätt att hårdkoka ett ägg, men för detta experiment vill vi försäkra oss om att ägget är ordentligt hårdkokt. För att uppnå detta låter du ägget ligga i aktivt kokande vatten i minst 15 minuter.

2. Häll av ägget och skölj det under kallt vatten. Placera ägget i kylskåp i minst en timme. Detta är det så att du inte kan avgöra vilket ägg som är kokt bara genom att kontrollera temperaturen.

3. Ta ut det kokta ägget och det råa ägget ur kylskåpet. Vrid äggen, ett i taget, på en bänkskiva eller en ren yta. Lägg märke till skillnaderna i hur varje ägg rör sig. Det ena ägget snurrar jämnt medan det andra vinglar runt och är svårt att snurra.

Vad händer?

Innehållet inuti det råa äggets skal är flytande, så det kan röra sig. När du försöker snurra det råa ägget flyttas innehållet runt. Detta gör att äggets tyngdpunkt ständigt förändras. Eftersom det inte har en stabil tyngdpunkt snurrar ägget inte jämnt, som en topp skulle göra, utan vinglar runt. Det kokta ägget är däremot fast inuti. Dess tyngdpunkt förblir densamma. Därför kommer det hårdkokta ägget att snurra smidigt och kan lätt skiljas från det råa ägget utan att man behöver knäcka något av äggen.

Testning av en spaghettibro

Ett av de viktigaste besluten i byggandet är valet av byggnadsmaterial. Beroende på deras sammansättning klarar olika material olika belastningar. Vi kan undersöka detta koncept genom att konstruera en miniatyrbro och sedan testa dess förmåga att bära vikt. Vi kommer att använda strängar av okokta spaghetti för att undersöka hur den strukturella sammansättningen av ett visst byggnadsmaterial påverkar dess förmåga att motstå tryck.

Vad du behöver:

• Spagetti
• Pappersklämma eller S-krok
• Liten pappersmugg
• Flera mynt

Anvisningar

1. Placera en sträng okokad spaghetti mellan två burkar eller lådor så att spagettin bildar en bro.

2. Böj pappersklämman så att den bildar en S-krok (eller använd helt enkelt en S-krok) och stick ett hål i pappersmuggen. Häng pappersmuggen i din krok och häng sedan försiktigt upp kroken och muggen på spaghettibron.

3. Lägg mynt i muggen ett i taget. Anteckna hur många mynt du kan lägga till innan spagettin går sönder.

4. Ställ upp experimentet igen, men den här gången använder du två trådar spaghetti för att konstruera bron. Hur många mynt kan din nya bro hålla innan den går sönder nu?

5. Upprepa experimentet med ökande mängder spaghettisträngar. Vad märker du om broens förmåga att bära mynt när du lägger till fler spaghettisträngar?

Vad händer?

En sträng okokt spaghetti är mycket spröd och går sönder när den utsätts för tryck. När vi lägger till ytterligare spaghettisträngar fördelas trycket mellan strängarna, så att det totala trycket på varje sträng blir lägre. Strängarna delar i princip på belastningen, så antalet mynt som kan läggas till innan bron går sönder ökar.

Ett exempel på ett byggnadsmaterial som utnyttjar denna princip är plywood. Plywood består av flera tunna skivor av träfaner som har limmats ihop. Detta resulterar i ett material som klarar av ett högre tryck än vad som skulle vara möjligt med ett enda ark.

Hur man gör en kam ”magnet”

Chansen är stor att du har upplevt statisk elektricitet någon gång. Den där lilla chocken du känner ibland när du sträcker dig efter ett dörrhandtag, hur ditt hår reser sig upp när du borstar det, hur din hatt klamrar sig fast vid ditt hår – allt detta är exempel på statisk elektricitet.

I följande experiment ska vi använda statisk elektricitet för att göra en ”magnet”. Vi kommer att generera en elektrisk laddning på en hårkam och undersöka hur denna laddning fungerar. I slutet av experimentet kommer vi att ha en bättre förståelse för statisk elektricitet, varför den beter sig som den gör och vad vi kan göra för att minimera dess effekter i vårt dagliga liv.

Vad du behöver:

• En hårkam
• En vävnad
• En sax

Anvisningar

1. Om din vävnad är 2-lagig, separera de två lagren och använd endast ett. Med hjälp av en sax klipper du vävnaden i kvartar. Lägg en av kvartarna platt på en bordsskiva.

2. Kör en kam genom håret flera gånger (minst 12 gånger) i snabb följd. Detta fungerar bäst på rent, torrt hår och ger bäst resultat med den finare delen av kammen, eller den ände där tänderna sitter närmare varandra.

3. Omedelbart efter att ha kört kammen genom håret, rör kammen vid den ena kanten av vävnaden. Du vet att det har fungerat om vävnaden reser sig upp för att möta kammen så fort den kommer nära. Med hjälp av din nya ”magnetiska” kam lyfter du vävnaden från bordet och upp i luften.

Vad händer?

Statisk elektricitet genereras när negativt laddade partiklar som kallas ”elektroner” överförs till ett föremål och tillåts ackumuleras. I fallet med vårt experiment var objektet kammen. Elektroner ”hoppade” från vårt hår till kammen och gav kammen en tillfällig negativ laddning. Eftersom motsatser attraherar varandra drogs de negativa laddningarna på kammen till de positiva laddningarna på vävnaden, och vävnaden ”fastnade” på kammen.

Torra förhållanden är mer gynnsamma för statisk elektrisk uppbyggnad, vilket är anledningen till att man tenderar att få fler statiska stötar på vintern. Detta beror på att vatten är en utmärkt ledare. När det finns fukt kan de statiska elektriska laddningar som naturligt byggs upp på en yta absorberas av vattenpartiklar som hänger i luften. Dessa vattenpartiklar finns inte under torra förhållanden, så laddningarna ackumuleras, för att sedan försvinna på en gång när de kommer i kontakt med ett annat föremål, till exempel din hand på ett dörrhandtag.

Få ett ägg att flyta i vatten

Inte allt flyter i vatten. Ett ägg sjunker till exempel till botten när det placeras i en behållare full med vatten. En pingisboll kommer däremot att flyta. Varför händer detta? Vad får något att flyta eller sjunka? Svaret är densitet. Föremål som är tätare än vatten kommer att sjunka. De som är mindre täta kommer att flyta.

Med följande experiment kan du observera effekten av densitet i praktiken. Genom att ändra vattnets densitet kan vi ändra ett äggs förmåga att flyta.

Vad du behöver:

• En genomskinlig behållare, t.ex. en burk
• Ett ägg (Observera: Ägget behöver inte vara hårdkokt, men det kan vara mindre nervöst att låta småttingarna hantera ett hårdkokt ägg.)
• Vatten
• Salt

Anvisningar

1. Tillsätt 1 kopp vatten till den tomma behållaren, eller hur mycket som helst för att fylla behållaren till hälften och låta ett ägg vara helt nedsänkt. Placera försiktigt ägget i vattnet och observera vad som händer.

2. Ta bort ägget. Tillsätt 6 matskedar salt till vattnet i behållaren och rör om för att blanda. Placera försiktigt ägget tillbaka i saltvattnet och observera.

3. Ta bort ägget och skölj det med friskt vatten. Tillsätt långsamt, för att inte störa saltvattnet, en kopp rent vatten i behållaren. Målet är att lägga det färska vattnet i lager på saltvattnet, inte att blanda de två lagren. Lägg ägget i behållaren en tredje gång.

Vad händer?

Ett ägg har en högre densitet än vatten, så det kommer inte att flyta. När vi tillsatte salt till vattnet ändrade vi dock dess densitet. Vi gjorde så att vattnet hade en högre densitet än ägget. På grund av detta kunde ägget flyta. För att ytterligare belysa detta koncept lade vi ett lager sötvatten över saltvattnet. Ägget sjönk genom sötvattnet men slutade sjunka när det nådde saltvattenskiktet.

En punkt att betona är att ett föremål inte behöver väga mindre än vatten för att flyta, det behöver bara vara mindre tätt. Detta innebär att det måste ha ett större antal fickor med tomt utrymme i förhållande till sin massa. Det är så båtar kan flyta trots att de är så stora och tunga, och det är därför en pingisboll flyter, men inte ett ägg.