Gungan som pendel

Årkurs: 4-6, 7-9
Ämnesområde: Kraft och rörelse

I lekplatsens gungor ryms mycket fysik. När du har förstått gungan har du lagt en god grund för förståelsen av Newtons lagar men också för andra områden inom fysiken. Du får här förslag på några olika undersökningar. Börja med att observera, känna och fundera. Om du vill kan du sedan gå vidare till beräkningar och noggrannare analys.

Några utgångspunkter
Några saker att utgå ifrån när det gäller pendlar: Svängningstiden (T) är den tidsperiod det tar för pendeln att utföra en hel svängning fram och tillbaka. En "sekundpendel", där T/2 = 1 sekund, har längden 1 meter.

Börja gunga

Hoppa upp och tag fart. Blunda och känn växlingen mellan tyngd och lätthet. Vilka krafter verkar på dig under gungandets olika delar? När känner du dig tyngst? Lättast? Öppna ögonen men fortsätt att observera krafterna på kroppen.

Hur får gungan fart? Beskriv hur du gör för att gunga.

Om lekplatsen har mer än en gunga: Sätt två gungor i gungning. Fortsätter de att gunga tillsammans? Barn kallar ibland detta att "gunga tvilling".

Kan du själv gunga tvilling med en tom gunga? Be någon på marken om hjälp med att släppa den tomma gungan i rätt ögonblick. Går det bra även om du står upp? Kan du gunga tvilling med en kompis om en av er sitter och en av er står upp? Kan du tvinga gungan att gunga med kortare eller längre period?

Bäst mäter du perioden genom att ta tiden när gungan passerar nedersta punkten. Starta stoppuret och säg "noll" första gången och räkna sedan upp. När du kommer till "fyra" har du mätt två hela perioder.

Galileo och oljelampan

Det berättas att Galileo som barn satt i kyrkan och studerade en gungande oljelampa. Han observerade att svängningstiden inte ändrades när lampan sattes i större svängning. Stämmer det?

Prova själv på en lekplats med två tomma gungor eller kanske tillsammans med en kompis. Sätt igång gungorna. Gungar de lika fort? Spelar det någon roll om de gungar lika högt?

Prova att starta två gungor i svängning med skild amplitud, det vill säga olika stor vinkel i högsta punkten. Vilken av gungorna har längst svängningstid? Hur stor blir skillnaden? 

Tag med en flaska som är halvfull med saft eller någon annan färgad vätska. Håll flaskan mot gungans botten i linje med kedjan. Hur tror du att saftytan kommer att stå när du gungar? Varför? Prova. Vad hände?

Tag med en dynamometer i någon form på gungturen. Till exempel en spiralkanin eller liten spiralfjäder (slinky) och observera, eller be en kamrat göra det, största och minsta utslag. Be en kamrat mäta största vinkeln under gungandet. Rita kraftdiagram för den vinkeln och jämför med ditt uppmätta värde.

Mät kedjans längd. Stämmer det med vad du förväntar dig? Kom ihåg att en "sekundpendel", där T/2 = 1 sekund, har längden 1 meter. Hur beror perioden på pendelns längd? Prova till exempel att gunga något i ett snöre som är 25 centimeter långt.

Olika pendlar

En gunga är ett exempel på en pendel. Ett annat exempel som kan genomföras inomhus utgörs av en jojo som börjar svänga. Hur ändras svängningstiden om man kortar snöret? 

Mät svängningstid för ett par olika längder och skriv in resultaten i en tabell. Eller gör en tidsskala och häng upp de olika pendlarna vid den tid som svarar mot deras svängningstid. Eller halv svängningstid, som på bilden nedan.

 
Gör en linje på tavlan med tid för en halvperiod. En pendel som mäter en meter har en halvperiod på cirka 1 sekund. Mät tiden för olika pendlar och häng upp under linjen.

Ekvivalensprincipen

Lägg märke till att de danska en-, två- och femkronorna hänger på samma kurva, liksom de två leksakerna. Massan påverkar inte svängningstiden!