Svar:
I vissa sammanhang kan det vara av värde att ha en sammanställning på frågor/svar inom ett visst ämnesområde.
Här är länkar till nyckelord som har med astronomi/astrofysik och rymdfart att göra:

Astronomi/astrofysik

aberration

astrobiologi

astrologi

Big Bang

blå himmel

dagens längd

dagjämning

exoplaneter

galax

gamma ray burst

geodesi/gravimetri

gravitationsvågor

gravitationslins

gregorianska kalendern

grundämnen, bildandet av

HR-diagram

hägring

istider

jordens inre

jordens magnetfält

Keplers lagar

komet

kosmisk bakgrundsstrålning

kosmologi

kvasar

Lagrange-punkt

latitud/longitud

liv i universum

livets uppkomst

Mars

mass-luminositetsrelation

meteorit

Milankovitch cykler

månens bana

månens synbara storlek

mörk energi

mörk materia

neutronstjärna

Newtons gravitationslag

norrsken

nova

Olbers paradox

parallaxmetoden

Plancks strålningslag

planet

planeters atmosfär

planeters form

radioaktiv datering

radioteleskop

regnbåge

rödförskjutning

Saturnus´ ringar

SETI

solen, avstånd till

solaktivitet

solarkonstanten

solens energiproduktion

solens utveckling

solförmörkelse

solsystemet

solsystemet, avstånd

solsystemets bildande

stjärnhimlen

stjärnors utveckling

supernova

svart hål

teleskop

tidsekvation

tidvatten

universums expansion

Venus

vulkanism

växthuseffekten

årstider

Länkar: Cambridge Cosmology, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics,
The Solar System in Pictures, Planetary Fact Sheets, Planetary Photojournal, Sky View Café,
Nyhetsblogg för astronomi

Rymdfart

flykthastighet

geostationär satellit

gravity assist

Internationella rymdstationen

månfärder

raketekvationen

raketmotor

rymdfärder

tvillingparadoxen

tyngdlöshet
/Peter E 2006-01-13

Svar:
Hej Ted! En reflex fungerar så att den nästan oavsett varifrån ljuset kommer reflekterar det tillbaka i den riktning det kom. Det finns olika sätt att åstadkomma detta de vanligaste är en klotformig lins eller hörn gjorda av speglande material.

Linsen fungerar så att ljuset bryts till en punkt, reflekteras och går samma väg tillbaka. Det är så kattens lysande ögon uppkommer.

Hörnan (se snackset, länk 1) fungerar så att efter tre reflektioner går ljuset tillbaka i samma riktning det kom från. Bilden nedan visar principen något förenklat i två dimensioner.

Reflexer är alltså användbara om man använder en lampa som är nära ögat för att se när det är mörkt. En vanlig vit yta sprider det inkommande ljuset i alla riktningar, medan reflexen skickar allt ljus tillbaka till ljuskällan. Det är anledningen till att man ser reflexer så mycket bättre än även vita ytor.

Använd alltid reflex nör du är ute när det är mörkt! Tänk på att även om du ser en bil bra för att den har belysning, så om du inte har reflexer kanske bilföraren inte ser dig!

Se vidare Retroreflector.

/Peter E 2006-01-31

Svar:
Egentligen fysiologi, men vi försöker svara ändå: kroppen har en mycket avancerad temperaturreglering (termostat), se det relativt avancerade dokumentet under länk 1. Det viktigaste för att hålla kroppstemperaturen nere i en bastu är svettning, som genom vattnets höga ångbildningsvärme (fråga 11076) mycket effektivt för bort energi från kroppen.
/Peter E 2006-03-09

Svar:
Ditt problem är inte helt lätt, du får nöja dig med en skiss. Lösningen finns under länk 1, men där på engelska.

Vi börjar med att bortse från kulans rotation. Antag kulans massa är m och dess sluthastighet v. Då gäller enligt energiprincipen (potentiell energi på höjden h = kinetisk energi vid botten):

mgh = mv²/2

dvs

v² = 2gh

Om kulan inte glider alls kommer den att sättas i rotation. Om tyngdpunktens hastighet i detta fallet är u, kommer vinkelhastigheten w att vara u/r där r är kulans radie. (Du får detta resultat eftersom den del av kulan som rör vid kulbanan har hastigheten 0 i förhållande till banan - kom ihåg, inget glid!).

En homogen kulas tröghetsmoment ges av J = 2mr²/5 (TröghetsmomentExempel) och rotationsenergin är Jw²/2.

Vi adderar translations-kinetiska energin och rotationsenergin och får

mgh = mu²/2 + (2mr²/5)(u/r)²/2 = mu²(1/2) + mu²(1/5)

dvs

u² = (10/7)gh = 1.43gh

Detta är klart mindre än 2gh som vi fick ovan eftersom ju en del energi går till kulans rotationsenergi. Förhållandet u/v blir ungefär 0.85, alltså 15% lägre hastighet än en kula som glider perfekt och inte roterar.

Förhållandet mellan rotationsenergi och translationsenergi blir enligt ovan

(1/5)/(1/2) = 2:5.

Tillägg om puttning i golf

Golfspelare som puttar bra ser till att slå till bollen med en något uppåtgående rörelse för att bollen om möjligt skall börja rulla omedelbart. Om man slår till bollen helt centralt kommer bollen att glida ett tag på gräset. Friktionen kommer efter ett tag att få bollen att rulla, men rotationsenergin måste tas från rörelseenergin. Bollen bromsas alltså upp för att den skall kunna få rotation. Det visar sig att längden på puttarna blir mycket mer konsistent om man kan få bollen att rulla direkt vid tillslaget.

Tekniken att få överspinn på bollen direkt vid tillslaget används även t.ex. i biljard då man oftast slår till bollen ovanför ekvatorsplanet vilket får bollen att börja rulla omedelbart.

/fa
/Peter E 2006-05-16

Svar:
Hej Johan!

Nej, jag kan inte förklara problemet. Men jag tror inte heller att olika material skruvar åt olika håll. Tänk t.ex. på en golfboll och en pingisboll. Båda påverkas på samma sätt av underskruv - de påverkas av en kraft uppåt. Detta trots att de har helt olika ytor: golfbollen är knottrig vilket ger turbulent strömning och pingisbollen är slät vilket ger laminär strömning kring bollen. Dessutom finns det ju fotbollar både av plast och av läder, och jag tror en spelare skulle bli mycket förvånad om en ny boll skruvade åt fel håll :-).

Skruv och lyft hos roterande bollar förklaras av den s.k. Magnuseffekten som bygger på Bernoullis ekvation - högre hastighet hos luften ger lägre tryck (Bernoulli's_principle). Se även Magnus_effect.

En helt annan effekt är skruvade kast i kricket, men där har man en asymmetri hos bollen och skruven är riktad i samma riktning som asymmetrin - en underskruvad kricketboll avviker i sidled i stället för i höjdled. Se Swing_bowling.

Se skruvad boll, golfboll och en artikel om fotbollsfysik under länk 1.

Tillägg januari 2017

Magnuseffekten är ett fysikaliskt fenomen som uppträder för roterande kroppar. Effekten innebär att en kropp som rör sig genom en fluid (en vätska eller en gas) samtidigt som den roterar accelereras vinkelrätt mot rörelseriktningen, det vill säga att rörelseriktningen "böjs av". Det är den fysikaliska kraft som gör att roterande bollar får så kallad skruv inom olika bollsporter, se Magnuseffekten och fråga [754].

Video som visar och förklarar Magnuseffekten:



Jag kan inte, trots omfattande sökningar, hitta något väldokumenterat exempel på att materialet i bollen skulle ha någon betydelse. Strukturen på ytan påverkar storleken på Magnus-kraften (dimplarna på en golfboll ökar t.ex. effekten betydligt), men att ett alternativt material skulle ändra kraftens riktning låter inte sannolikt.

Enligt beskrivningen ovan är det plastbollen som uppför sig som väntat. En höger utsida roterar bollen medurs, vilket ger en avvikelse åt höger (den av golfaren fruktade slicen). Kan det vara så att en läderboll är lite asymmetrisk pga en söm (se cricketbollen ovan)? Problemet med denna förklaring är att skruven skulle bero på hur bollen placeras på marken.
/Peter E 2006-08-17

Svar:
Hej Joakim! Intressant fråga till en entusiastisk golfare men dålig puttare!

Puttning är egentligen mycket enkelt: slå bollen med rätt hastighet i rätt riktning med hänsyntagande till fall på grund av greenens lutning och eventuell vind. Förutom en god teknik (som finslipas med mycket träning) är självförtroende A och O i golf: alla golfare vet att man misslyckas med de flesta slagen med en klubba man inte "tycker om".

Du har helt rätt i att det är mycket viktigt att få bollen att rulla - inte glida - så snart som möjligt. Detta gör man genom att sätta "överskruv" på bollen, dvs så att bollen roterar i samma riktning som den gör när den rullar. Detta är tvärtom mot skruven som åstadkoms med andra klubbor: klubbladets loft (lutningen mot horisontalplanet) orsakar underskruv, vilket en skicklig spelare kan utnyttja till sin fördel, se golfboll. Du vill alltså ha mycket lite loft på en putter (slagytan skall vara nästan 90 grader mot horisontalplanet), annars får du en i de flesta fall icke önskad underskruv.

Överskruven åstadkommes genom att man täffar bollen när puttern är lite "på uppgång" - bollen lite till vänster i stansen och en pendelrörelse hos klubbhuvudet som når sin lägsta punkt lite innan det träffar bollen. Det fordras lite träning för att lyckas med det varje gång.

Vilka egenskaper bör en bra putter ha?

• Det bör vara lätt att sikta
  
• Tydlig "sweetspot", vilket är den träffpunkt som inte orsakar rotation hos klubbhuvudet
  
• Lite loft (högst några få grader) så man kan åstadkomma överskruv
  
• Ett handtag som ger en känsla för vart klubbhuvudet pekar (ej cylindersymmetriskt)
  

Kan man med elementär fysik förstå varför man vill ha överskruv? Ja, jag tror det. Om man träffar bollen exakt på bakkanten med klubbhuvudet vinkelrätt mot och rörelseriktningen parallellt med den önskade riktningen (square hit), så kommer bollen att glida på underlaget till att börja med. Friktionen mot underlaget får bollen att börja rulla efter ett tag (c:a en meter). Från början har bollen endast rörelseenergi, men när den börjar rulla övergår rörelseenergin delvis i rotationsenergi, se fråga [14738]. Bollen saktar alltså in mycket i början av rörelsen. Pröva att slå några 10-metersputtar med samma svinghastighet dels genom att träffa bollen "square" och dels med överskruv. Du kommer att finna att puttarna med överskruv går betydligt längre än puttarna utan skruv. Dessutom blir längden mycket mer konsistent, och det är detta som gör att tekniken är att föredra. Titta på en god puttare (proffs), så skall du se att bollen rullar mycket snart efter träffen, medan bollen vid en dålig träff glider och hoppar vilket ger ett sämre resultat.

Friktionen (och därmed uppbromsningen) är större när bollen glider (och kanske hoppar) än om den rullar fint. Du får därför en mer konsistent putt med en rullande boll.

Kan man inte få överskruv med ett negativt loft på puttern? Nej, det fungerar antagligen inte eftersom man tvingar bollen nedåt in i greenen. Men kanske skulle man kunna pröva lite negativt loft? Såvitt jag vet finns inga sådana putters, och om det fungerade skulle det säkert finnas det.

En sak är i varje fall säker: om du kan konstruera en putter som gör puttningen lättare och dessutom övertyga golfare att den fungerar, så är du miljonär!

PS. Heter du verkligen Green? Då får du kalla puttern Green-putter!

PS2. Lycka till med puttertillverkningen!

Tillägg juni 2017:

Här är en putter med en speciell yta ("microhinges") som påstås ge bollen överskruv:





Se länk 1 för mer om puttning.
/Peter E 2006-10-14

Svar:
Marianne! Friktionskraften är ett mycket komplicerat fenomen när man djupdyker i det, men standardmodellen är mycket enkel: friktionskraften f är proportionell mot normalkraften N:

f = mN

där proportionalitetskonstanten m kallas friktionskoefficient. Som du ser är det inget beroende av arean. Att det är så kan man intuitivt förstå eftersom om vi t.ex. dubblar arean så blir normalkraften per ytenhet hälften så stor, så resultatet blir oförändrat. Proportionaliteten mellan friktionskraften och normalkraften kan man förstå om man tänker på att den reella kontaktytan (utgörs av några atomer som sticker ut) är ganska liten. Om man ökar normalkraften så kommer atomerna att flytta sig lite, och fler atomer kommer i kontakt med varandra. Detta gör att friktionen ökar. Att den ökar linjärt kan enklast betraktas som ett experimentellt faktum.

Bilderna nedan (från Hyperphysics, länk 1) visar vilofriktion (statisk) och glidfriktion (kinetisk). Den förra är som du säger större. Anledningen är komplex och beror av materialet, men det har att göra med att knöligheter fastnar i varandra när klossen ligger still, medan denna effekt minskar om klossen rör sig.

I den nedre figuren visas friktionskraften f som funktion av den drivande kraften F. Klossen väger 10 kg, så normalkraften är hela tiden c:a 100 N. Till vänster (i origo) är friktionskoefficienten noll (ingen drivande kraft att motverka). Friktionskoefficienten ökar när man går åt höger tills den blir 0.5. Då övervinns friktionskraften och klossen börjar röra sig. Observera att så snart klossen sätts i rörelse så minskar friktionskoefficienten till (i det här exemplet) 0.4.

Se vidare länk 1 och friction för mer om friktion än du någonsin vill veta :-).

/Peter E 2006-10-31

Svar:
Hej Ann-Charlotte!

Det finns några exempel och resonemang om detta i tidigare frågor, se Arkimedes princip. Flera av dessa svar är emellertid lite för avancerade för så unga forskare som du har. Man får då gå tillbaka till "basics". Vad är fysik och mer generellt naturvetenskap? Hur arbetar man i naturvetenskap?

Naturvetenskap bygger på experiment och observationer. För att bringa lite ordning i resultaten konstruerar vi hypoteser, modeller, teorier, principer eller lagar (egentligen samma sak men med ökande status/säkerhet). De teoretiska beskrivningarna är ofta matematiska och svåra att förstå - de kräver mycket ofta t.ex. differentialekvationer eller annan avancerad matematik.

Historiskt började naturvetenskap (t.ex. "de gamla grekerna") med observationer av naturen och föreställningar om hur världen var konstruerad som ofta var baserade på filosofiska resonemang: "jag tror det hänger ihop så här eftersom jag tycker det bör vara så". Ett exempel är planetbanor: man antog de var cirkulära utan att det fanns något stöd i observationerna. Man trodde också att jorden var världens medelpunkt, igen helt utan stöd i observationer.

Först på 1600-talet började man (framför allt Gallilei) göra systematiska experiment och observationer och att systematisera resultaten med hjälp av matematik. Mycket av matematiken utvecklades (t.ex. differentialkalkyl) genom att det fanns behov för den för att beskriva fysikaliska fenomen.

Olika fysikaliska lagar och teorier har olika dignitet eller status. Keplers lagar för planeternas rörelse kan t.ex. härledas från Newtons gravitationslag. Denna senare får därmed en högre status. På så sätt kan vi beskriva världen med ett rimligt antal fundamentala lagar.

Se vidare fysik och vetenskaplig metod.

Så, vad gör vi med dina unga forskare? Jag tycker att det bästa är att låta dem göra experiment och observera vad som händer. Om de kan dra några enkla slutsatser så är det bra, annars har de fått erfarenheter som de har nytta av när de är mer avancerade och återkommer till problemet.

Vad händer med en träbit respektive en bit järn? Försök om möjligt hitta föremål som har samma form och storlek. Vissa föremål sjunker i vatten och vissa flyter. Vad är det för skillnad på föremålen som sjunker och de som flyter? Förhoppningsvis kan eleverna få fram att om föremålen har samma storlek så sjunker de tunga medan de lätta flyter. Detta har att göra med begreppet densitet som är massa per volymsenhet. Ett föremål med högre densitet än vatten sjunker och ett föremål med lägre densitet flyter.

Hur kan båtar av järn flyta (se även fråga 12887)? Jo, de flyter eftersom det finns utrymmen i båten som innehåller luft. Luften väger mycket lite, så medeldensiteten kan vara mindre än vattnets. Det gäller alltså att konstruera båten så att vatten inte läcker in.

Tag en syltburk av glas och lägg några mynt i den. Ställ ner burken i vattnet. Om det inte är alltför många mynt (för mycket last) så flyter burken. Tag ur mynten. Nu kommer burken antagligen att tippa och ta in vatten. Den sjunker då trots att den har mindre last. Detta är anledningen till att tankbåtar aldrig går tomma - man fyller tankarna med vatten, s.k. barlast. Utan barlast skulle båten bli så instabil att den kan välta och ta in vatten.

För lite äldre elever kan man göra lite mer avancerade experiment: Kryt fast de olika föremålen i ett snöre och knyt fast andra ändan av snöret i en fjädervåg. Läs av utslaget när föremålet hänger i luften. Sänk ner föremålet i vatten och läs av igen. Föremålet har blivit lättare. Om föremålet flyter ger vågen utslaget noll. Om föremålet sjunker är skillnaden i avläsningarna lika oberoende av material (kom ihåg att vi förutsatte att föremålen har samma volym). Viktminskningen är enligt Arkimedes princip lika med den undanträngda vätskans vikt.

Som ett sista steg kan man beräkna föremålens volym genom att mäta storleken och räkna ut volymen. Detta förutsätter att föremålens form är regelbunden, t.ex. en cylinder eller en låda. Vattnets densitet är 1 g/cm³. Genom att multiplicera volymen i cm³ med vattnets densitet får vi fram hur mycket den undanträngda vattnet väger. Detta skall stämma med ovanstående viktminskning.

Hur kan man förstå Arkimedes princip i termer av krafter? Vattnet utövar ju ett tryck på alla ytor hos den nedsänkta kroppen. Krafter som verkar i horisontalled tar ut varandra av symmetriskäl - en nedsänkt kropp flyttar sig inte i sidled. Trycket på ovansidan är emellertid mindre än trycket på undersidan eftersom trycket beror av avståndet till ytan (ju djupare man dyker desto högre blir trycket). Om vi tänker oss att kroppen är en stående cylinder med basytan A och höjden h och en vätska med densiteten r så blir skillnaden i tryck mellan ovansidan och undersidan

rhg

Totala nettokraften uppåt blir eftersom tryckskillnaden verkar på ytan A:

rhgA = rvolymeng = (massan hos vätskan)g

Vilket är precis vad Arkimedes princip säger.

Se Archimedes för mer om Arkimedes och hans uppfinningar och fråga 12555 för ett annat lättobserverat fenomen.
/Peter E 2007-09-13

Svar:
Vatten har många ovanliga egenskaper (se t.ex. den mycket trevliga (men omfattande) sajten Water Structure and Science). Sajten A gentle introduction to water and its structure är lite mer lättillgänglig. De flesta av egenskaperna kommer sig av att vattenmolekylen är en dipol och därför bildar vätebryggor (se nedan).

Att fruset vatten har lägre densitet än flytande kan förklaras med att vattnet genomgår en strukturförändring när det fryser, se länk 1 och Water_(molecule)Density_of_water_and_ice.

Intuitivt är det inte svårt att föreställa sig att vattenmolekylerna i flytande form kan packas mer effektivt än i fast form. I fast form är ju strukturen kristallin och molekylerna radas upp som H-O.-H-O.-H... (O.-H-O kallas för vätebrygga). Denna upplinjering av atomerna är lite slöseri men plats jämfört med om man som i vätskeformen kan packa molekylerna fritt, se nedanstående bild från länk 1 där man kan se att det finns outnyttjade luckor i den högra bilden som är is.

Den stora skillnaden i densitet mellan vatten och is (c:a 10%) är nog unik, men Wikipedia-länken ovan listar några fler ämnen vars densitet minskar när de stelnar (t.ex. vismut och kisel).

Egenskapen att is flyter är mycket viktig för livets utveckling och överlevnad. Om is hade haft högre densitet än vatten skulle ju sjöar och hav bottenfrysa i stället för att skyddas från att frysa av ett islager. Vattenlevande djur hade då haft svårigheter att överleva.

Vatten har som sagt många unika egenskaper som listas under länk 2. De mest påtagliga är hög smältpunkt, hög kokpunkt och mycket hög ångbildningsvärme. De flesta av dessa anomala egenskaper beror på att vattenmolekylen är en dipol, se fråga [15508] nedan. Se även fråga [17391].

/Peter E 2007-10-02

Svar:
Det går bra med ett gummiband också!

Gummi har ovanliga egenskaper och uppför sig så, se Natural_rubberElasticity. Uttänjning av gummi utvecklar värme och kontraktion kräver värme. Teoretiskt är det analogt med adiabatisk (utan värmeutbyte med omgivningen) expansion/kontraktion av en ideal gas - bara tvärt om (gasen värms vid kompression och kyls vid expansion).

För "vanliga" elastiska material (t.ex. metaller) lagras elasticitetsenergin elektrostatiskt. Det betyder att, bortsett för lite friktionsförluster, deformationsprocessen inte ändrar strukturen på materialet. Arbetet som går åt för att deformera materialet lagras som potentiell energi eftersom avståndet mellan atomerna ändras från det normala. Temperaturen ändras inte i processen (fortfarande bortsett från friktion).

Gummi har en annan stuktur. Det består av polymerer i form av långa trådar. Trådarna är i viloläget lösa och svänger som gitarrsträngar. När man spänner ett gummiband kan trådarna inte svänga längre. Trådarna avger sin kinetiska energi i form av värme. Gummibandet blir varmt. När spänningen tas bort sker det omvända: värme omvandlas till ordnade svängningar hos trådarna. Gummit kyls alltså ner. Elasticitetsenergin i gummi lagras alltså termiskt såväl som elektrostatiskt.

Experiment:

Häng upp en liten vikt i ett gummiband. Värm gummibandet med en hårtork och observera vad som händer. Till skillnad från de flesta material så blir gummibandet kortare med ökande temperatur. En del av värmeenergin får polymertrådarna i gummit att svänga mer, vilket medför att gummit kontraherar.

Nedanstående video demonstrerar på ett indirekt sätt denna negativa expansionskoefficient för gummiband:



Se även Elasticity_(physics).
/Peter E 2007-12-02