Problemer med figurer - klikk på NB-feltet

 

Aktiviteter værfysikk

Erling Skaar (2001)

 Innhold:

1 Bakgrunn
2 Sju fysikkprinsipp som styrer været
3 Værmålinger

1 Bakgrunn

Værobservasjoner er en naturlig hovedaktivitet i et undervisningsopplegg om vær, og her vil vi da gi noen praktiske tips til hvordan man kan måle ulike værfaktorer med enkle midler. Men vi vil også nevne noen demonstrasjonsforsøk ol. som kan øke barnas forståelse for "hvordan vær fungerer".

2 Sju fysikkprinsipp som styrer været 

I teoriheftet har vi nevnt 7 prinsipp som styrer været og her følger tips til noen aktiviteter som kan demonstreres eller brukes for å underbygge forståelsen.


Vann og luft som varmes opp vil utvide seg

Oppvarming av kald luft kan få kork til å sprette av

Adiabatisk fyrtøy

Prinsipp 1
Luft og vann utvider seg ved oppvarming

Utstyr: Reagensrør, kork med hull og glassrør. Gjør eksperimenter som viser at både vann og luft utvider seg ved oppvarming. Hva utvides mest.

Oppvarming i et lukket rom gir økt trykk
Utstyr: Reagensrør/erlenmeyerkolbe og kork. Avkjøl reagensrør og kork med kaldt vann og sett korken forsiktig i. Varm opp reagensglasset med hendene eller varmt vann. Korken kan sprette ut med et smell om man er heldig!

Prinsipp 2
Om vi holder fingeren foran hullet til ei sykkelpumpe mens vi pumper vil vi kjenne at det blir varmt. Årsaken er at luft som presses sammen får økt temperatur. Når vi sprayer med en sprayboks vil sammenpresset luft utvide seg når den slipper ut, og man får da en temperatursenkning. Sprayboksen blir kald. Hvis man ønsker å virkelig vise at sammenpressing gir økt temperatur, kan man bruke et såkalt adiabatisk fyrtøy som selges fra et læremiddelfirma. Det består av et gjennomsiktig rør som er tett i enden og et stempel av metall som kan føres ned i røret. Hvis man så plasserer en bit bommull øverst i røret og skyver stempelet raskt ned med bommullen under, vil man kunne observere at det blir så høy temperatur inni røret at bommullen brenner opp med et kort lysglimt. Se figur til høyre.


Isbiter i glass 

Hvilke glass får dugg utenpå?

 

Prinsipp 3
Luften inneholder vann som kan kondenseres.
Utstyr: Glass og isbiter. Legg isbiter oppi et glass med kaldt vann og undersøk om det etter en stund dannes dogg på utsiden. La elevene foreslå hva det er og hvor det har kommet fra.

Utstyr: Glass og vann. Sett glass fylt med vann med ulike temperaturer i klasserommet. Mål temperaturen i dem og prøv utfra hvilke glass som får dugg på utsida og bestem relative fuktigheten og absolutte luftfuktighet (g/kbm) i rommet. Bruk kurven som viser mengden vann som kan oppløses i luft ved ulike temperaturer og anslå hvor stor luftfuktigheten er i rommet, både absolutt og relativt.


Forsøk med datainnsamling og grafisk presentasjon
Å sjekke hva som flyter og synker er et vanlig forsøk på lavere skoletrinn

Prinsipp 4
Sammenheng mellom temperatur og varme
Utstyr: glasskar, snø, termometer og varmekilde. Sett varmekilden under glasskaret og termometeret oppi. Les av temperaturen med faste tidsintervall inntil alt vann er fordampet. Lag en grafisk fremstilling av resultatet. Forklar den karakteristiske kurva som fremkommer. Kurven forteller da noe om varmekapasitet til vann samt hvor mye energi som "ligger i" overgangene is/vann og vann/vanndamp. I denne sammenhengen er det viktig å understreke at varme (energi) går inn i prosessen og den samme varmen vil vi da få tilbake når vi kondenserer dampen og fryser vannet. En måte å beskytte et vannrør mot frost er å sette en bøtte med vann i nærheten. Om vannet i bøtta fryser først, vil den avgi varme helt til den er bunnfrosset og denne varmen vil da beskytte vannrøret.


Å sjekke hva som flyter og synker er et vanlig forsøk på lavere skoletrinn

Prinsipp 5
Flyte og synke i vann
Utstyr: Kar med vann og ulike gjenstander. Undersøk ulike gjenstander om de er "lettere" eller "tyngre" enn vann. Med "lettere" og "tyngre" mener vi her liten og stor tetthet.


Oppadgående luftstrømmer fra f.eks. et stearinlys vil kunne få et slikt papir til å dreie

Viser dette forsøket at varm luft er lettere enn kald luft, eller er det bare oppadgående luftstrømmer som presser den ene siden av vektstangen oppover?

 

Flyte og synke i luft
Utstyr: lettsvevende frø el.l. Undersøk ved hjelp av plantefrø, røk eller andre lettsvevende ting eller spiral av papir opphengt i en tynn tråd, hvordan luftstrømmene i et klasserom går. Er disse strømmene avhengig temperatur ute/inne, ovner, åpne vindu ol.

 

 

Varm luft er lettere enn kald luft
Utstyr: Flaske vektstang og lodd. Heng opp flaska og loddet i vektstanga slik at de er i balanse. Flaska skal henge opp ned. Varm opp lufta inni flaska ved hjelp av et stearinlys og se hva som skjer.

 

 


Når vi trekker i tråden mens kula dreier, vil dreiehastigheten øke

Om vi trekker korken ut av en håndvask med vann, vil vannet begynne å dreie.


Varmt vann vil fordampe og kondenseres under lokket som er kaldt på grunn av is 

Prinsipp 6
Hastighetsendring når noe trekkes sammen
Utstyr: Rørbit, tau og ei kule. Drei kula ved hjelp av tauet og demonstrere hvordan dreiehastigheten til kula kan påvirkes ved å forandre radien. Forandres banehastigheten under forsøket?

Utstyr:Servant/kumme med sluk i bunnen. Fyll vann i en kumme med sluk i bunnen og trekk ut sluken. Hva skjer?
Er det system i hvor vannet beveger seg fortest. Prøv flere ganger og se om vannet dreier samme vegen. Hva bestemmer retningen på dreiinga?
Svar:
Retningen til dreiingen er tilfeldig eller bestemt av hvordan vi drar opp korken, og fordi corioliskreftene er svært svake er det vanskelig å gjøre forsøk som bekrefter prinsipp 7

Enkle forsøk som kan illustrere værfenomen.

Dannelse av skyer og nedbør.
Utstyr: begerglass, skål, isbiter. Ha varmt vann i begerglasset og sett oppå ei skål med rund bunn med isbiter i. Skåla kan også lages av aluminiumsfolie. Damp fra det varme vannet blir kondensert på undersida av skåla og drypper ned igjen i det varme vannet.

 Værmodell
Lag en værmodell som viser fordampning, danning av regn og skyer


Bilde av en minimodell som viser både fordamping og kondensering til tåke og regn med enkle hjelpemidler

Til venstre er det vist utstyret som trenges for å lage en modell som på en enkel måte illustrerer ulike sider ved været på jorda. Stearinlyset som fordamper vann illustrerer da det som særlig skjer i varmere strøk hvor fordampingen er størst. Merk at vanndampen er usynlig. Når vi setter glassbeholderen over vil luftfuktigheten bli relativt høy, og vi vil få kondensering på innsiden av glasset. Dette kan hindre innsyn, men vanligvis er det lett å se skyene som dannes rundt "isposen".  Merk ellers at om avstanden mellom bordet og glassbeholderen blir for liten vil stearinlyset slukne på grunn av mangel på oksygen. For å få til regn i form av vanndråper har vi lagt litt is/snø oppå glassbeholderen. Dette gjør at bunnen holder seg kald, slik som det også er høyere oppe i atmosfæren, og før eller siden vil vi da kunne observere at det drypper ovenfra.

 

3 Værmålinger 

Vær består av ulike faktorer som temperatur, nedbør, vind, luftfuktighet og i tillegg betyr lufttrykket endel for været selv om vi ikke har sanser som kan registrere lufttrykk. Vi kan derimot føle relativt raske endringer i lufttrykk når vi kjører bil i terreng med større høydeforskjeller eller når vi flyr. Når det gjelder luftfuktighet kan vi føle fuktigheten som "klam luft" og det konkret som skjer er da at klær og annet blir fuktig fordi svette og annen væske ikke fordamper eller fordamper dårlig. Tåke er ellers et synlig tegn på fuktig luft. Nedbør er også synlig og vi kan da bare ved å se på nedbøren si noe om det er "sterk" eller "svak" nedbør. Når det gjelder vind kan vi se effektene på omgivelsene og vi kan også kjenne vinden direkte på kroppen. Poenget med å nevne dette i starten av dette værmålings-avsnittet er da å bevisstgjøre barna på hvordan vi selv kan observere vær med egne sanser før vi introduserer instrumenter som setter oss i stand til mer presise målinger

Temperatur er vel den værfaktoren som har størst innflytelse på oss, og det er også den faktoren som vi kan måle med innebygde sanser. Vi har med andre ord temperaturfølsomme sanseceller som kan si noe om temperatur eller varme.  Her vil vi da bare kort si at de varmefølsomme cellene har til hovedhensikt å beskytte oss mot skade, og de er ikke ment å gi oss en bestemt temperatur. Vi kan f.eks. stikke hånden ned i vann og anslå temperaturen, men vi får ikke noe nøyaktig verdi. Årsaken til dette er da at det ikke er temperaturen i seg selv som kan skade vev, men varmen vil blir utsatt for i ulike sammenhenger. Vi kan f.eks. oppholde oss i en badstu med lufttemperatur på 100°C, men vi vil raskt bli forbrent om vi holder hånden nede i vann med en temperatur på 60°C. Årsaken er da at det er mer varme i det siste tilfellet enn i det første tilfellet.


Maks-min-termometer

Sammen med barn kan det være nyttig å bruke sansene for å foreslå ulike temperaturer og så sjekke dem med temperatur etterpå. Når det gjelder de fleste av våre sanser så er de avhengig av hva som har skjedd før. Det gjelder også temperaturfølelsen. Et forsøk som illustrerer dette er om vi holder de to hendene ned i vann med varmt og kaldt vann en stund. Så plasserer man begge hendene i et annet kar med lunkent vann. Da vil temperaturen kjennes ulik ut, selv om det nødvendigvis vil være samme temperatur i ett kar med vann.

Temperaturmåling

Det finnes ulike termometer. Elektroniske termometer viser da ofte temperaturen digitalt med tall, men vanlig analoge termometer viser temperaturen langs en skala ved hjelp av en pil (bimetalltermometer) eller en væskesøyle (vanligvis sprit). Om vi skal måle utetemperaturen over tid anbefaler vi her et såkalt max-min-termometer hvor man får tre temperaturer i en måling(maks siden sist, min siden sist og nåværende temperatur). Et eksempel på et slikt termometer er vist til høyre.

Når det gjelder den første opplæringen i å måle temperatur, så anbefaler vi her å lage en stor papirmodell av termometeret som man da kan vise til barna samtidig som man underviser om temperatur. Det er vanskelig for mange å lese av et vanlig termometer og dessuten er det lettere å manipulere med temperaturen i en papirmodell


To ulike måter å lage regnmåler av rimelig utstyr

I begge tilfellene trenger man et smalere målbeger med tilpasset skala

Regnmåler

Hva er fordelene og ulempene med ulike regnmålere man kan få kjøpt og de som er vist til høyre?

Regnmåler av en melkekartong
 Skjær en melkekartong i to og putt den øvre biten oppi den andre opp-ned som en sperre som hindrer fordamping. I prinsippet kan man finne hvor mange mm nedbør som er kommet ved å stikke en linjal ned i melkekartongen, men skalaen blir vel tett, og her anbefaler vi derfor å fylle melkekartongen med 16mm vann (16 mm over bunnen) og så tømme dette over på et tynner måleglass. På dette måleglasset klistrer man så på en ny skala og markere med 16 mm der hvor vannet står. Så halverer man avstander og setter på de andre merkene mellom 0 og 16 mm. Det er sjelden det blir mye mer enn 16 mm nedbør på ett døgn, men om det skulle skje, så kan man bare tømme flere ganger.

Lag en nedbørsmåler som gir nedbøren i millimeter (mm) og vurder nøyaktigheten.

 

 

 Vindmåling

 I forbindelse med vind er man ofte interessert i både retning og vindstyrke. Blant små barn kan det ofte være interessant å lage noe som går rundt når det er vind, og vindmølla til høyre er da et eksempel i den sammenhengen.


En enkel påviser av vind...

..og en mer avansert vindmåler som gir både retning og styrke.

Når det gjelder vindstyrke så anbefaler vi observasjoner hvor man bruker virkningene som er beskrevet i vindskalaen i teoriheftet som utgangspunkt.  Man kan da resonnere seg fram til hvor sterk vinden er ifølge Beaufords vindskala eller navn (laber bris ol.)

Vindmåle og værhane

Om man ønsker å lage en vindmåler som kan vise både vindretning og vindstyrke så viser figuren til venstre en enkel type. Den er laget av en sykkel-eke og en melkekartong. Begge tåler fuktighet og har derfor litt varighet når den er plassert utendørs. Melkekartongen er sprettet opp og limt sammen med utsiden inn og en bit av eken er da festet mellom kartongen som fot. Denne står da løst ned i et hull slik at hele værhanen kan dreie. Den delen av eken som er nærmest navet er så festet gjennom et hull i kartongen slik figuren viser. Nederst på eken er det da festet en vindfanger som kan skyves på plass når eken er montert. På værhanen er det da tegnet på en skala som er avhengig av størrelsen på vindfangeren. Kalibreringen kan by på problemer, men hvis man fester den midlertidig til en sykkel med spedometer skulle det være mulig å finne utslaget vet ulike hastigheter. Et alternativ er å holde den ut av et bilvindu i en bil som kjører med ulike hastigheter.


Hygrometer, termometer og nedbørsmåler må være ute.

Værmålingstasjon

I skolesammenheng kan det være aktuelt å lage en værmålingstasjon hvor barna selv er med å gjør målingene og presentere dem i ulik grafiske fremstillinger i ettertid. Her følger noen tips i den sammenhengen. Når vi her foreslår å bruke et vindu i andre etasje, så er det fordi en ubeskyttet værstasjon på bakkenivå med ulike instrument lett kan bli gjenstand for hærverk eller tyveri. Men om instrumentene henger et stykke over bakken og det ikke er lett å finne en stige er det mer sannsynlig at ting får henge i fred.

 


Barometer, vindbeskrivelser, målebeger og skjema kan oppbevares inne

Måler for soltimer er også dyr. En beskrivelse av situasjonen i øyeblikket er for de fleste formål tilstrekkelig. Ulike skytyper har fått ulike navn slik som vist i teoriheftet. Det kan være aktuelt å lære elevenen noen av disse navnene.

En enkel værstasjon kan lages som skissert ovenfor. Denne kombinerer makelighetshensyn, kostnadshensyn og sikkerhetshensyn (mot hærverk) på en rimelig måte. Her har vi også vist et eksempel på et registreringsskjema og bearbeidede data. Målingene bør taes på samme tidspunkt hver dag.

 

Ma

Ti

On

To

Fr

Ma

..

Dato

 

 

 

 

 

 

 

Klokkeslett

 

 

 

 

 

 

 

Nedbør[mm]

 

 

 

 

 

 

 

Temperatur[°C]

 

 

 

 

 

 

 

  Max

 

 

 

 

 

 

 

  Min

 

 

 

 

 

 

 

Lufttrykk[mb]

 

 

 

 

 

 

 

Luftfuktighet[%]

 

 

 

 

 

 

 

Skydekke[0,¼..]

 

 

 

 

 

 

 

Vindretning[N,NV..]

 

 

 

 

 

 

 

Vindstyrke[Beauf.]

 

 

 

 

 

 

 

Signatur