Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning 17 frågor/svar hittade Kraft-Rörelse [21158] Svar: "Why is gravity proportional to mass?" ger t.ex. svaret According to theory, the reason mass is proportional to gravity is because everything with mass emits tiny particles called gravitons. These gravitons are responsible for gravitational attraction. The more mass, the more gravitons. Vilket bara ger en ny varför-fråga! Fysik är i grunden en experimentell vetenskap: genom försök och observationer tar man reda på vad som händer. Med hjälp av matematik (som till en stor del utvecklats som ett hjälpmedel för att beskriva fysikaliska samband) kan man ofta härleda samband mellan olika storheter (teori), vilken genom överensstämmelse med experimentella resultat ger stöd för teorin. Åter till gravitationen. Vi föreställer oss två massor M och m på ett visst avstånd från varandra. Kraften är då enligt Newtons gravitationslag proportionell mot M*m. Om vi delar upp massan m i t.ex. 100 lika stora bitar blir kraften på varje bit m/100. Om vi adderar de 100 kraftvektorerna (avståndet mellan M och m är stort så att vektorerna är parallella och riktade mot M) så får vi att kraften blir proportionell mot M*m. Enda antagandet är att delmassorna av m inte ändrar gravitationskraften på M. Observera att det krävs ett antagande som till slut ändå kräver experimentell bekräftelse. Se även länk 1 och 2. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; gravitation [7]; Blandat [20588] Ursprunglig fråga: Svar: I själva verket är vår förståelse mycket grund -- vi förstår inget om varför fysikens lagar är som de är. Däremot är resultatet av försök oftast mycket väl beskrivna av fysikaliska teorier, se t.ex. fråga 19591 , där den mycket respekterade fysikern Richard Feynman lätt irriterad svarar att han egentligen inte begriper magnetisk kraftverkan. Det var konstiga forskare du konsulterat om dom verkligen menar att de inte bryr sig om empiri. Dels använder de sig av gällande teorier och dels kan dom inte förklara någonting. Jag tror du missförstått vad de säger. För det första är många lagar så etablerade att vi knappast behöver bekymra oss om resultat av experiment. Om vi släpper en boll från handen faller bollen till marken, det vet vi. Sedan tror jag att forskarna menat att de inte kan svara på frågan varför. Däremot kan vi oftast med fysikaliska teorier beskriva hur mycket väl. Du säger inte vilka experiment du bett forskare förklara. Har det varit resultat som strider mot en mycket väletablerad lag? I så fall behöver man mycket starka bevis och bevisbördan ligger hos den som påstår avvikelsen. Ett klassiskt exempel är evighetsmaskiner som strider mot de mycket etablerade termodynamikens huvudsatser, se fråga 15733 . Se fråga 14237 för mer om vetenskaplig metod. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; evighetsmaskin [14]; Universum-Solen-Planeterna [20571] Ursprunglig fråga: Svar: Om vi inkluderar kosmologi finns ett antal problem: List_of_unsolved_problems_in_physics#Cosmology_and_general_relativity . Vilka som är de största utmaningarna är upp till var och en. Personligen skulle jag säga att de viktigaste är: * Vad är mörk materia och mörk energi? Se fråga 12396 och 7258 . * Hur värms solkoronan upp till 2 miljoner grader? Se fråga 20564 . * Förståelsen för hur supernovor exploderar är inte fullständig. Se fråga 9964 . * Varför är det en diskrepans mellan förekomsten av 7Li från teoretiska räkningar med big bang och mätningar på mycket gamla stjärnor? Se
Big_Bang_nucleosynthesis#Measurements_and_status_of_theory . * Baryonasymmetri. Varför finns det mycket mer materia än antimateria i universum? Se fråga 19209 . * Problemet med den kosmologiska konstanten. Varför orsakar vakuumenergin inte en stor kosmologisk konstant? Se fråga 20330 . Det är som synes en lång lista med brister i vår förståelse! Betyder detta att vi egentligen förstår mycket lite av fysiken? Nej absolut inte, det finns mycket mer fysik som är mycket väl förstådd! Se dock fysik, förståelse av . Här är en ganska omfattande lista på problem som lösts nyligen: List_of_unsolved_problems_in_physics#Problems_solved_in_recent_decades Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; fysik [10]; Blandat [20540] Jag prövar att förstå Lgr 11 för år 4-6 (jag är ny lärare i en år 4), men har svårt att förstå vissa bitar. Så jag har lite frågor. Den första är: 1. När jag ska lära eleverna hur man resonerar har jag följande mall som stöd. Hur tänker ni den skulle fungera för en år 4? - Påstående Jag har valt ordet ”påstående” eftersom jag inte hittar något bättre. Det är ett nytt ord för dom, det kanske blir för mycket när resonera också är ett nytt ord för dom. Öppen för annat. Förklaring tycker jag är rätt bra då dom redan känner till det ordet. Sen vet jag att man kan bygga vidare med 2. Vad är fysikaliska samband, i t ex elektriska kretsar? Är det naturlagen som syftes till? Kunna du ge ett exempel i så fall? Svar: Naturvetenskap är läran om den fysiska världen. Naturvetenskapen använder vetenskapliga metoder som i hög grad beror på empiriska mätningar av uppställda hypoteser (vetenskaplig metod, se fråga 14237 ). Naturvetenskapen försöker göra teoretiska modeller som så enkelt som möjligt kan förklara det som kan observeras, mätas och testas (se Ockhams rakkniv i fråga 3810 ). 1 Mja, jag är tveksam till "påstående". Det låter som något som Donald Trump hittar på på nätterna ! Jag tycker att man från början skall göra klart att fysik är en empirisk vetenskap. Jag skulle föredra "observation". Det täcker både observationer av företeelser vi inte kan påverka (t.ex. supernovautbrott) och resultatet av ett genomfört experiment (t.ex. samband mellan spänning och ström). "Förklaring" är OK om man bara inte övertolkar det som svar på frågan "varför?". Fysiken är som den är. 2 Våra förklaringar utgörs ofta matematiska samband mellan olika storheter. För elektriska kretsar t.ex. Ohms lag och Kirchhoffs lag, se fråga 15837 . Tro, hopp och fysik Man skall även ha klart för sig att fysik är en mycket mogen vetenskap: vår förståelse av fysikaliska fenomen är mycket god vad gäller grundläggande fenomen, t.ex. atomfysik, kärnfysik och kvantmekanik. Detta betyder att bevisbördan är mycket tung för den som hävdar sig ha upptäckt något som strider mot etablerad kunskap. Nyheter om upptäckten av nya sorters kärnreaktioner är ett exempel som förekommit flera gånger i över trettio år. Anledningen till att sådana "fake news" (för att använda en aktuell term) får så stort genomslag är människors tendens att tro på det de vill tro på (vi kan lösa alla problem med global uppvärmning med en liten apparat man kan tillverka i garaget) i stället för att kritiskt granska de bevis som finns. Öppen publicering, reproducerbarhet och kritik är grunderna för god vetenskap. Se vidare fråga 2409 (kall fusion) och 14237 (vetenskaplig metod). Nyckelord: kursplan [3]; fysik, förståelse av [17]; 1 https://www.skolverket.se/laroplaner-amnen-och-kurser/grundskoleutbildning/grundskola/fysik Ljud-Ljus-Vågor [20360] Svar: Se vidare fråga 14232 om vad fysik är och fråga 20136 och 17691 om förståelse av fysik. Vad gäller din fråga, som handlar om Kirchhoffs strålningslag, så är den utförligt diskuterad i fråga 9333 och länkar från denna. Som framgår så har många framstående fysiker haft olika åsikter i frågan. I slutet av svaret till fråga 14368 diskuteras den förvånande lilla skillnaden i emissionsförmågan för en svart och en vit panel. Anledningen är att färgen (svart eller vitt) hänför sig till synligt ljus (c:a 550 nm våglängd), dvs en temperatur på c:a 6000 K (solytans temperatur). Strålningen från en yta med en "normal" temperatur (rumstemperatur-några hundra grader) ligger långt in i infrarött, och det finns inget som säger att absorptionsförmågan, och därmed emissiviteten, skall vara särskilt olika för en svart och en vit yta. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; Kirchhoffs strålningslag [4]; Blandat [20136] Ursprunglig fråga: "Dessutom förklarar eleven och visar på mönster i himlakroppars rörelse i förhållande till varandra..." Det är ett kriterium för betyget A. Det som skiljer målen för A från kunskapsmålet på nivå C (som är lägre) är att då behöver eleven istället för att se mönster i rörelserna visa på samband kring himlakroppars rörelse i förhållande till varandra. Jag har undervisat eleverna i min åk 5 om hur bl.a. planeterna rör sig runt solen och hur månar rör sig kring planeter. Vi har pratat om att gravitationen håller planeter och månar i sina omloppsbanor och att gravitationen påverkar kroppar som är nära mer än kroppar som befinner sig långt ifrån. Vi har pratat om att det är anledningen till att planeterna närmast solen rör sig snabbare i sina omloppsbanor jämfört med planeterna längre bort.
Generaliseringen som vi gjort är att himlakroppar med större massa och gravitation håller kroppar med mindre massa och gravitation i omloppsbana istället för tvärtom. Men vi har också resonerat om att de mindre kropparna också drar i de större och skapar en "wobblande" rörelse hos dem. Hur tolkar ni skillnaden mellan att se mönster och se samband kring himlakropparnas rörelser. Är det något som jag borde ta upp mer med mina elever för att komma ner på det djup som kunskapsmålet riktar in sig på? Med vänlig hälsning
Petri Matalamaa Svar: För det första är jag allergisk mot begreppet förklara när det gäller fysikens lagar. Förklara är för mig svar på frågan varför?. I djupare mening vet vi inte varför naturlagarna är som de är, se fråga 12126 . Fysik är en empirisk vetenskap som i grunden bygger på observationer och experiment, se fråga 14232 . Fysiken använder matematik som ett verktyg, men fysik är inte matematik. Ofta utgår man från ett antagande och detta antagande kan sedan få stöd genom direkta eller indirekta observationer. Einstein antog t.ex. att ljushasigheten i vakuum är konstant när han utvecklade sin speciella relativitetsteori, och denna har visat sig stämma mycket väl. Från Tycho Brahes mycket exakta mätningar av planeten Mars' rörelse (slutet av 1500-talet) kunde Johannes Kepler (i början av 1600-talet) få fram tre lagar för planeternas rörelser. Samtidigt använde Gallileo Gallilei det nyuppfunna teleskopet för att göra astronomiska observationer. Han studerade även, både teoretiskt och experimentellt, kroppars rörelse. Isaac Newton kunde senare (andra hälften av 1600-talet) "förklara" planeternas rörelser med hjälp av en lag, den universella gravitationslagen och nyutvecklad matematik (differentialkalkyl). Den ovanstående utgör det centrala i utvecklingen av den moderna vetenskapliga metod som används i naturvetenskapen, se fråga 14237 . En annan viktig aspekt på fysik är att fysikaliska lagar inte är huggna i sten, utan de kan modifieras allteftersom vi gör bättre observationer. Lagarna kan emellertid inte ändras hur fritt som helst, utan de måste alltid kunna reproducera alla befintliga mätresultat. Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver gravitationen på ett utmärkt sätt, men den är mycket olik Newtons gravitationsteori. Det betyder inte att Newton hade fel, bara att det fanns begränsningar i giltigheten. Man använder t.ex. forfarande Newtons teori för att beräkna banor för rymdsonder. I fysik använder man sig ofta av förenklade modeller som beskriver ett fysikaliskt fenomen med begränsade förutsättningar, se fråga 18296 . I kärnfysik betraktar man t.ex. ibland atomkärnan som en vätskedroppe och ibland som nukleoner som rör sig fritt i en potential (skalmodell). Modellerna är egentligen helt inkompatibla, men de är ändå av värde eftersom de båda "förklarar" olika egenskaper hos atomkärnor. Och nu äntligen till din fråga: Begreppet "förklarar" i texten ovan får man tolka så att man kan beskriva ett fenomen på en djupare nivå. Låt oss ta solens rörelse. Den dagliga rörelsen från öster till väster "förklaras" av att jorden roterar kring sin axel. Solen rör sig även lite från väster till öster i förhållande till de avlägsna stjärnorna. Detta "förklaras" av att jorden rör sig ett varv runt solen på ett år. För att få ett A måste vi även kunna beskriva att den årliga rörelsen beskrivs av Newtons gravitationslag. Den "wobblande" rörelsen du talar om uppkommer eftersom två kroppar rör sig i elliptiska banor kring den gemensamma tyngdpunkten. Om mass-skillnaden mellan kropparna är stor ligger den gemensamma tyngdpunkten nära den tyngre kroppens centrum. Detta betyder att den tyngre kroppen rör sig mycket lite. Ett annat exempel är solsystemets uppbyggnad. Vi kan observera att planeterna alla rör sig åt samma håll och i ett plan. Detta kan "förklaras" genom modellen att solsystemet bildats genom att ett gasmoln dras samman av gravitationen. Bevarande av rörelsemängdsmomentet (se fråga 12527 ) ger då upphov till en roterande skiva av gas och stoft. Denna bildar sedan planeterna i ett plan och rörelse åt samma håll. I fråga 16776 beskrivs solsystemets rörelse i vintergatan och universum. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; vetenskaplig metod [18]; fysik [10]; fysikalisk modell [12]; kursplan [3]; Elektricitet-Magnetism [19591] Ursprunglig fråga: Svar: Kvantmekanik (se fråga 14754 ) beskriver atomära och subatomära system. Kvantmekanikens förutsägelser vad gäller observerbara storheter utomordentligt exakta, men en djupare tolkning av teorin saknas fortfarande. Einstein kritiserade kvantmekaniken (trots att han var en av upphovsmännen) framför allt för att den är ofullständig. Speciellt att den endast kan förutsäga statistiska storheter: om en atom kan sönderfalla på två sätt kan man bara förutsäga sannolikheten till varje tillstånd - inte vilken väg en individuell atom skall sönderfalla. Här är den välkände fysikern Richard Feynman när han försöker (och misslyckas) förklara magnetism: Lika magnetiska poler stöter bort varandra och olika poler attraherar varandra. Ett sätt att uttrycka detta är att magneterna strävar efter minimal energi. Detta är likt (men lite annorlunda) att en boll du håller i handen har en potentiell energi som kan omvandlas till rörelseenergi om du släpper den. Men, som sagt, det är ingen förklaring, bara en alternativ beskrivning av vad som sker. Se vidare fråga 14849 , 15625 och 13877 . Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; magnetism [52]; kvantmekanik [30]; Elektricitet-Magnetism [19282] Ursprunglig fråga: Svar: Maxwells fyra ekvationer tillsammans med Lorenz-kraften är tillräckligt för att härleda alla effekter i klassisk elektromagnetism, se 13822 , Maxwell's_equations och Lorentz_force . Induktionslagen beskrivs av Maxwells ekvation nr 2 och säger att den inducerade spänningen är proportionell mot ändringen per tidsenhet hos det omslutna magnetfältet. Vad gäller din fråga om en ledare som rör sig i ett magnetfält så kan du tänka så här. Ledaren innehåller fria laddningsbärare - elektroner med laddningen e. Elektronerna påverkas när den rör sig med hastigheten v av magnetfältet B med den magnetiska delen av Lorenz-kraften F = e vxB. Kraften är alltså riktad vinkelrätt mot B och v och förskjuter laddningarna i kraftens riktning. Det bildas ett överskott på laddningsbärare vilket skapar en spänning. Om kretsen är sluten får man då en ström. Faradays skivgenerator visar att man genom att övertolka Faradays induktionslag kan få orimliga resultat. Nedanstående bild är från Electromagnetic_induction#"Counterexamples"_to_Faraday's_law . Faradays lag gäller för slutna kretsar med tunna ledare, men den kan skapa problem om den tillämpas i andra sammanhang. Den ledande skivan roterar med vinkelhastigheten w. Radien sveps alltså genom det statiska magnetfältet B. Den magnetiska delen av Lorenz-kraften
vxB skapar en ström i radiens riktning till kanten av den ledande plattan (radien är vinkelrät mot både v och B). Därifrån kompletteras kretsen genom kontaktdonet i nederkanten och rotationsaxeln. Denna konstruktion genererar en konstant spänning/ström även om kretsen, och därmed magnetfältet, är oförändrad i tiden. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; Maxwells ekvationer [3]; induktion [13]; Ljud-Ljus-Vågor [17691] Ursprunglig fråga: Enligt fråga [17367] så får jag en liten förklaring till varför ljusets bryts när det träffar ett tätare medium. Det som jag inte blir klok på är att det i fysikböckerna (delvis förenklat) står att detta beror på att ljusets hastighet ändras, att det sänks när det träffar det tätare mediet. Ju långsammare ljuset går desto större blir brytningen. Eftersom ljuset färger bryts olika så säger den principen då att de olika färgerna har olika hastigheter genom ett tätare medium. Bör detta då inte betyda att det gäller för alla olika medium? Tar vi det ett steg längre borde det violetta ljuset, som bryts mest, ha den lägsta hastigheten och därför nå jorden allra sist, om vi tittar på en specifik partikel eller vågrörelse som lämnar solen. Hur ska vi förhålla oss till detta med våra elever som gärna ställer invecklade frågor men som har svårt att förstå en del fakta. Svar: I ett medium med brytningsindex n>1 har olika våglängder olika hastighet. Hastigheten är c/n där c är ljushastigheten i vakuum. Observera emellertid att hastigheten i vakuum är c för alla våglängder eftersom n=1. Ja det är korrekt att ju långsammare ljuset går (ju större n) desto mer brytning får man, se fråga 17367 och 3302 . Eftersom ljushastigheten i vakuum alltid är densamma så uppkommer inte problemet att vi ser olika tider i olika våglängder. Om rymden mellan jorden och solen varit av glas, så hade vi sett rött ljus snabbare är blått. Den klassiska förklaringen för ljusbrytning (refraktion, Refraktion ) är en rad soldater som marscherar snett in mot en rak gränslinje till en leråker. Soldaternas marschhastighet minskar när de kommer till leråkern. För att bevara den snygga räta linjen med
soldater bredvid varandra, så måste de ändra riktning lite mot normalens riktning. Om vi sedan har en rad med kortbenta soldater som har ännu mindre hastighet
i leråkern, så behöver dessa avvika ännu mer från utgångsvinkeln. (Vi vill bara inte tänka på vad som skulle hända om vi blandade långbenta och kortbenta soldater i en rad .) OK med soldater som kan bestämma att de behöver avvika från rakt fram, men hur vet ljuset hur det skall avvika? Helt enkelt genom att vågor i oordning tenderar att släcka ut varandra (interferens). I alla riktningar utom den som specificeras av brytningslagen släcks alltså ljuset ut. Se bilden nedan. Din sista fråga finns behandlad i fysik, förståelse av . Huvudpunkterna är: Man kan heller inte begära att en lärare skall kunna besvara allt. Även jag, med 40 års erfarenhet av fysik, går bet på en del frågor (ofta de som verkar triviala till att börja med). Jag kan emellertid oftast förstå när jag slår upp ett fenomen, men att göra det lättbegripligt för var och en kan vara svårt eller omöjligt. Det är en del i läroprocessen att man med tiden och erfarenheten förhoppningsvis får en allt djupare förståelse för fysik - allt kan inte komma på en gång! Det är lätt
att lära sig att Gustav II Adolf dog en novemberdag 1632 på ett fält nära Lützen, men kanske lite längre att förstå vad han hade där att göra! Se en avancerad framställning av problemet i länk 1. En kommentar om förståelse av fysik (Jocelyn_Bell ): At age eleven, she failed the 11+ exam and her parents sent her to the Mount School, York, a Quaker girls' boarding school. There she was impressed by a physics teacher, Mr. Tillott, who taught her: You don't have to learn lots and lots ... of facts; you just learn a few key things, and ... then you can apply and build and develop from those ... He was a really good teacher and showed me, actually, how easy physics was. Nyckelord: ljusbrytning [26]; fysik, förståelse av [17]; ljushastigheten [24]; #ljus [63]; 1 https://thesis.library.caltech.edu/6594/3/Yura_ht_1962.pdf Kraft-Rörelse [16263] Jag tror att jag har hittat en paradox när jag började räkna lite grann på tidsdilatationen. För det första; Om man skulle befinna sig på ett tåg som rörde sig med en hastighet av 0.9999c under fem minuter, så skulle det för en utomstående observatör ha gått ca fem timmar, enligt t0=t/(sqrt(1-(v^2/c^2)) där t0 är observatörens tid, och t är tiden för personen på tåget. t0=t/(sqrt(1-(v^2/c^2)) för t = 300s =>
300/(sqrt(1-.9999^2) = 21 213.7338s ~ 5 timmar om vi sedan släpper iväg ett tåg med halva hastigheten på samma sträcka, så skulle det ta 600s att färdas samma sträcka. Det leder till en tidsdilatation på 600 / sqrt(1 - (.49995^2)) = 692.797231 Alltså inte mer än 1.5 minuter! Det betyder att för en utomstående observatör så skulle det långsammare tåget komma fram flera timmar före det snabbare! Hur kan man förklara detta?
---- När jag tänkte lite på detta kom jag fram till ytterliggare en fråga, nämligen att ett ljusår (eller ljusminut, eller vilken annan avståndsbenämning som helst som bygger på ljushastigheten) ju är ett begrepp som är äldre än relativitetsprincipen. Betyder det att tidsdilatation inte tagits med i beräkningen av sträckan? För om så är fallet leder samma ekvation som tidigare till att en sträcka på 8 ljusår (jorden / sirius) skulle vara byggt på en tidsdilationerad bild av ljuset. Om man med samma tåg som tidigare åkte med en hastighet av 0.9999c så skulle man behöva färdas i endast en vecka för att tiden skall dilatationeras åtta år. Hur går det ihop? --- Frågan framför allt, vad har jag missat; jag tror knappast att jag hittat ett otäppbart hål i grunden för den moderna fysiken. Tack. Svar: Låt oss först reda ut var ditt resonemang går fel och sedan lite om hur man skall uppfatta en fysikalisk teori och då speciellt relativitetsteorin. I ditt första resonemang använder du dig av begreppet samtidighet, se fråga 3061 nedan och Relativity_of_simultaneity . Eftersom tidsdifferenser beror av hastigheten v och läget x (Lorentz-transformationen) så kan man inte utan vidare använda begrepp som "kommer först", "kommer efter", etc. Din andra fråga har egentligen inget med relativitetsteorin att göra. Ett ljusår är en sträcka som ljuset tillryggalägger på ett år sett utifrån slutpunktens referensram. Ljushastigheten har varit känd med tillräcklig precision ganska länge, så det är inget problem att förvandla km till ljusår. En observatör som rör sig i förhållande till denna referensram kommer visserligen att ha en avvikande uppfattning om avståndet (längdkontraktion), men det förändrar inte det "verkliga" avståndet. Den speciella relativitetsteorin utgår från två antaganden: 1 Naturlagarna är oberoende av rörelse med konstant hastighet 2 Ljushastigheten i vakuum c är densamma oberoende av observatörens rörelse Dessa antaganden är rimliga med hänsyn till observationer, men de går inte att bevisa. Detta är en metod man ofta använder i vetenskapen: gör ett antagande och visa vad antagandet innebär vad gäller fenomen man kan observera. Om observationen skiljer sig från vad man väntat har man falsifierat teorin, och man får göra nya antaganden. Man har inte falsifierat relativitetsteorin, utan alla observationer stämmer med vad man väntar med utgångspunk från de två antagandena. Detta är typiskt för naturvetenskapliga teorier: det går aldrig att bevisa att de är korrekta - endast att de är inkorrekta. De inkorrekta sorteras bort och lagras i vetenskapshistoriens skräpkammare. De som överlever blir, allteftersom nya typer av observationer visar sig stämma, mer och mer etablerade. Einsteins speciella relativitetsteori tillhör de mest etablerade fysikaliska teorierna. Ibland kan steget mellan att formulera antagandena för en teori och att visa på vad teorin förutsäger vad gäller observationer vara svårgenomträngligt för en experimentalfysiker. Då får vi helt enkelt lita på att teoretikerna kan sin sak och att de formler de får fram är korrekta. Den speciella relativitetsteorin ställer rimliga krav på matematikkunskaper - relativt enkel algebra räcker. Svårigheten är att vissa av resultaten av teorin står i strid med intuitionen. Den allmänna relativitetsteorin (se General_relativity ) kräver däremot mycket avancerad matematik som få behärskar. Här får man helt enkelt nöja sig med antagandet (ekvivalens mellan acceleration och gravitation) och att resultatet av alla observationer till fullo stöder teorin. Är då relativitetsteorierna de slutgiltiga teorierna? Nej, det är de inte, vi saknar bland annat en förening med kvantmekaniken. En ny teori kommer att omfatta relativitetsteorierna men utökas till att även ta hänsyn till kvantmekaniska fenomen. Det finns en mycket omfattande och bra artikel i engelska Wikipedia: Special_theory_of_relativity . Se även Speciella_relativitetsteorin och fråga 16270 nedan. Se även fråga 3061 Nyckelord: relativitetsteorin, speciella [45]; fysik, förståelse av [17]; relativitetsteorin, allmänna [33]; Blandat, Ljud-Ljus-Vågor [15609] Ursprunglig fråga: Svar: * Djupare förståelse för många fenomen kräver goda kunskaper i matematik och fysik. * På en fundamental nivå förstår vi ingenting. Ingen vet t.ex. varför två massor attraherar varandra, varför elektromagnetisk strålning finns eller varför elektronens massa är vad den är. När det gäller att undervisa i fysik tycker jag att man skall följa nedanstående punkter: alltså börja med naturvetenskapens grundvalar experiment och observationer och inte alltför tidigt teoretisera för mycket. Fysikundervisning utartar alltför ofta i att lösa tillrättalagda problem genom att sätta in värden i en formel. Problemet reduceras då ofta till ett meningslöst gissande vilken formel man skall använda. Det är bättre att koncentrera sig på experiment, och om man skall räkna så skall det vara verklighetsförankrade s.k. kontextrika problem - dvs sådana man ställs inför i verkligheten, se länk 1. Glöm inte att fysik är en experimentell vetenskap! Albert Einstein (som för de flesta är urtypen av en teoretisk fysiker) har sagt: Den franske matematikern Henri Poincaré hävdade att arbetet med fysik var som att driva ett bibliotek: För elektromagnetisk strålning är en möjlig utgångspunkt att beskriva användningen av och faran med strålning av olika våglängder, se fråga 15570 . Fråga 13590 ger en starkt förenklad model av vad elektromagnetisk strålning är. Vad gäller experiment med elektromagnetisk strålning är det lättast att begränsa sig till de typer vi kan uppfatta med sinnerna, dvs ljus och värmestrålning. Nu tillbaka till lite allmänt om fysikens väsen: 1 Experimentera, observera 2 Se släktskap mellan olika fysikaliska fenomen 3 Enkla modeller 4 Begränsa antalet grundläggande lagar Följden Nicolaus Copernicus (idén att jorden kretsade kring solen), Tycho Brahe (noggranna observationer av planeternas rörelser), Galileo Galilei (mekanikförsök och observationer av astronomiska objekt med teleskop), Johannes Kepler (lagar för planetrörelsen) och Isaac Newton (universella gravitationslagen och Newtons rörelselagar) brukar framställas som början till ett modernt arbetssätt i vetenskapen. Detta brukar kallas den vetenskapliga revolutionen (Scientific Revolution, History_of_physics#Scientific_Revolution ). Om man följer ovanstående punkter och bara går så långt som elevernas begreppsbild och andra färdigheter tillåter uppkommer inte problemet att läraren egentligen känner att han/hon inte förstår fenomenet fullständigt. Läraren får trösta sig med att det gör ingen! Några nyckelord i frågelådan som är relevanta för naturvetenskaplig metod: Nyckelord: elektromagnetisk strålning [21]; fysik, förståelse av [17]; matematik i fysik [6]; #ljus [63]; 1 http://groups.physics.umn.edu/physed/Research/CRP/crintro.html Kraft-Rörelse [15378] Ursprunglig fråga: Svar: 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 r*h*g Totala nettokraften uppåt blir eftersom tryckskillnaden verkar på ytan A: r*h*g*A = r*volymen*g = (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. Se även fråga 12887 Nyckelord: Arkimedes princip [32]; vetenskaplig metod [18]; fysik, förståelse av [17]; Elektricitet-Magnetism [14011] Svar: Att man har en kraftverkan på avstånd är inget märkligt: alla kraftverkningar verkar på avstånd genom utbyte av förmedlingspartiklar. Den elektromagnetiska kraften (observera att det är en kraftverkan som är ganska komplex och yttrar sig i både kraftverkan mellan laddningar och magnetism) kan beskrivas genom ett utbyte av virtuella fotoner. Fältlinjer, som ofta används speciellt för att beskriva magnetism, är en bild av verkligheten. Jag tror att en del av ditt problem är att du övertolkar bilden. Tyvärr är detta ett ganska otillfredsställande svar, men det är det bästa vi kan åstadkomma. Se även vetenskaplig metod . Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; Elektricitet-Magnetism [13111] Svar: Du säger själv att labben var värmelära. Antagligen har den då något med värme att göra. Vad händer om du leder en ström genom ett motstånd? Vad händer med en metall om man värmer upp den? Kan du bevisa hypotesen att tråden blir varm? Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; Blandat [12459] Allting är väldigt förvirrat. Tacksam för svar! Svar: Se även länk 2 och Twin_paradox . Nyckelord: tvillingparadoxen [5]; relativitetsteorin, speciella [45]; fysik, förståelse av [17]; 1 http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ Kraft-Rörelse [12126] Svar: Men låt oss klargöra vissa saker: Det har inget samband med magnetism som du frågar om. Den enda likheten är att bägge krafterna verkar mellan föremål som befinner sig på avstånd från varandra. Inte heller har det med elektricitet att göra. Tyngdkraften verkar mellan alla kroppar och på stora avstånd. Men den märks bara när det är stora kroppar, som solen och jorden som drar. Den är alltid sådan att kropparna attraherar varandra. Det har inget med centrifugalkraften att göra – denna kraft finns på jorden men är mycket svag. Nu till experiment. Först vill vi säga at vi tycker det är väldigt bra at du gör experiment med barnen på förskolan – ni förskollärare är en viktig målgrupp för vår verksamhet. Eftersom tyngdkraften gör att föremål faller kan ni väl släppa olika föremål och se hur de faller. Barnen – och kanske även du – blir säkert överraskade när de finner att en sten och en träbit faller lika fort. Hör gärna av dig med fler frågor – men huvudbudskapet är att vi i fysiken kan enbart beskriva vad som sker – inte i någon mer fundamental mening förklara varför något sker. Nyckelord: fysik, förståelse av [17]; Elektricitet-Magnetism [977]
1. Eleverna frågar ibland varför ljusstrålen bryts när den går
från luft till glas, till exempel. Jag säger att ljusstrålen väljer den
snabbaste vägen, men då frågar de förstås varför den inte går
rakt fram istället och då säger jag att det beror på hur molekylerna
är ordnade i glas. Jag vet dock inte om det är riktigt sant. Finns
det någon bättre bild att ge 14-åringarna?
2. Finns det något bra sätt att förklara vad induktion egentligen beror
på?
Svar:
Man kan jämföra med att springa orientering. Ska man springa till en
skärm en bit in i skogen är det fördelaktigt att
springa en längre sträcka på det öppna fältet där man kan springa fort.
Man kan naturligtvis använda en vågbeskrivning men det är nog för
abstrakt för
14-åringar. Det viktiga är att man talar om att brytningen sker därför
att ljusets utbredningshastighet är lägre inne i glaset.
Det tror jag de flesta accepterar.
2. Induktion gör att spänning uppkommer i en ledare som förs genom ett
magnetfält.
Det viktigaste är nog att visa och beskriva fenomenet. Om man använder
ordet "förklara"
så kommer nog många elever att ha förväntningar som inte uppfylls. Det
enda man bör
säga är att elektronerna inne i ledaren påverkas av en kraft när de rör
sig genom
magnetfältet.
Råd till lärare: Beskriv och illustrera mer och "förklara" mindre! Nyckelord: induktion [13]; fysik, förståelse av [17]; Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.