Hva bestemmer svingetiden?
Naturfag 8. trinn · Forsøk

Hva bestemmer svingetiden?

Dere skal finne ut hva som faktisk endrer tiden en pendel bruker på én tur frem og tilbake — og hva som ikke gjør det. Tre ting kan endres: hvor tung kula er, hvor høyt dere slipper den fra, og hvor lang tråden er. Bare én av dem betyr noe særlig.

4 oppsett 5 målinger hver 10 svingninger per måling ca. 60 min

01 · Før dere måler

Variablene i forsøket

I et godt forsøk endrer dere én ting av gangen og holder alt annet likt. Da vet dere hva som forårsaket forskjellen dere måler.

Uavhengige variabler Massen · utfallsvinkelen · trådlengden Dette er de tre tingene dere endrer på — én om gangen.
Avhengig variabel Svingetiden T Tiden for én full svingning, frem og tilbake. Målt i sekunder.
Kontrollerte variabler Alt annet Samme oppheng, samme tråd, samme person som stopper klokka, samme tellemåte.

Gjett først

Kryss av før dere måler. Fasiten ligger nederst på siden — ikke åpne den før dere har egne tall.

Blir svingetiden lengre med en tyngre kule?
Blir svingetiden lengre når dere slipper fra 90° i stedet for 45°?
Blir svingetiden lengre med lengre tråd?

02 · Fremgangsmåte

Slik måler dere

  1. Heng opp pendelen. Mål trådlengden fra opphenget til midten av kula, ikke til toppen av den.
  2. Trekk kula ut til den vinkelen oppsettet krever og slipp den — ikke dytt.
  3. Start klokka i det kula snur i ytterpunktet, og tell 10 hele svingninger. Én svingning er frem og tilbake til samme side.
  4. Gjenta til dere har 5 målinger av samme oppsett.
  5. Regn ut snittet av de fem, og del snittet på 10. Da har dere svingetiden T for én svingning.
  6. Bytt én variabel og gjenta hele runden.

Hvorfor 10 svingninger og ikke én? Reaksjonstiden din er på et par tideler, og den feilen blir den samme uansett hvor lenge du måler. Deler du på 10, blir feilen ti ganger mindre. De fem gjentakelsene viser hvor mye målingene spriker — spriker de mye, er det noe med metoden.


03 · Prøv selv

To pendler, side om side

Still inn de to pendlene, slipp dem samtidig og se hvem som kommer først til 10 svingninger. Simulatoren regner ikke ut noe fasitsvar for dere — den svinger, og dere leser av klokka akkurat som i klasserommet.

Oppsett
Fart
APendel A
60 cm
20°
200 g
Svingninger0 / 10
Stoppeklokke0,00 s
Venter på 10 svingninger
BPendel B
60 cm
20°
50 g
Svingninger0 / 10
Stoppeklokke0,00 s
Venter på 10 svingninger

Simulatoren har ingen luftmotstand og ingen friksjon i opphenget, så pendlene stopper aldri. I klasserommet gjør de det — men svingetiden endrer seg nesten ikke selv om utslaget blir mindre.


04 · Resultater

Måletabell

Skriv inn tiden for 10 svingninger i hver av de fem målingene. Snittet og svingetiden regnes ut mens dere skriver. Tallene lagres i nettleseren på denne maskinen.

Oppsett 12345 Snitt (10 sv.) Svingetid T

Snittet regnes ut av de rutene dere har fylt ut. Svingetiden er snittet delt på 10.


05 · Fasit

Hva forsøket viser

Åpne fasiten — etter at dere har målt
Massen Ingen effekt. En kule på 500 g og en på 50 g svinger like fort, så lenge tråden er like lang. Tyngdekraften trekker hardere i den tunge kula, men den tunge kula er også tyngre å sette i bevegelse. De to tingene opphever hverandre nøyaktig.
Utfallet Liten effekt ved små vinkler, målbar ved store. Ved 20° er svingetiden bare 0,8 % lengre enn ved et bitte lite utslag. Ved 45° er den ca. 4 % lengre, og ved 90° hele 18 % lengre. Med 60 cm tråd betyr det 16,2 s mot 18,3 s for 10 svingninger — det klarer dere å måle med en vanlig stoppeklokke.
Lengden Stor effekt. Lengre tråd gir lengre svingetid. Men ikke rett fram: firedobler dere lengden, blir svingetiden bare dobbelt så lang. 30 cm gir 1,10 s, 120 cm gir 2,20 s.

T = 2π · √(L / g)    g = 9,81 m/s²

L er lengden i meter, målt til midten av kula. Legg merke til at massen ikke står i formelen i det hele tatt — og at utfallsvinkelen heller ikke gjør det. Formelen gjelder for små utslag; ved 90° gir den for kort svar.

TrådlengdeSvingetid T10 svingninger
20 cm0,90 s9,0 s
30 cm1,10 s11,0 s
60 cm1,55 s15,5 s
100 cm2,01 s20,1 s
120 cm2,20 s22,0 s

Tabellen gjelder små utslag. Slipper dere fra 20°, blir tidene ca. 0,8 % lengre enn her — det er derfor simulatoren viser 15,66 s og ikke 15,54 s på 60 cm.

Et sekundpendel — en pendel som bruker nøyaktig 1 sekund fra ytterpunkt til ytterpunkt, altså T = 2 s — må være 99,4 cm lang. Det er derfor gamle gulvklokker er så høye: lengden er bestemt av sekundet.

Feilkilder å skrive om i rapporten
  • Reaksjonstid. Du starter og stopper klokka litt for sent. Derfor måler dere 10 svingninger og deler på 10.
  • Hvor dere måler lengden. Til toppen av kula eller til midten? Med en stor kule kan det gi flere centimeters forskjell.
  • Telling. Det er lett å telle «én» når kula passerer bunnen første gang. Én svingning er frem og tilbake — start og slutt i samme ytterpunkt.
  • Dytt i stedet for slipp. Da får kula fart fra start, og utfallsvinkelen er ikke lenger den dere trodde.
  • Pendelen svinger i sirkel i stedet for frem og tilbake. Slipp rett bakover uten sidebevegelse.
  • Tråden strekker seg eller opphenget beveger seg litt. Bruk en tråd som ikke tøyer seg, og fest den godt.
Til læreren

Utstyr per gruppe: stativ med klemme, hyssing, to–tre lodd med tydelig ulik masse, linjal eller målebånd, gradskive, stoppeklokke (mobil går fint).

Kompetansemål etter 10. trinn (LK20, naturfag): «stille spørsmål og lage hypoteser om naturfaglige fenomener, identifisere avhengige og uavhengige variabler og samle data for å finne svar» og «analysere og bruke innsamlede data til å lage forklaringer, drøfte forklaringene i lys av relevant teori og vurdere kvaliteten på egne og andres utforskinger».

Kjerneelement: Naturvitenskapelige praksiser og tenkemåter.

Vurdering: underveisvurdering på gjennomføringen — endrer gruppa én variabel av gangen? — og på hvordan de begrunner konklusjonen ut fra egne tall. Måletabellen og feilkildene er det som skiller en beskrivelse fra en drøfting.

Faglig fallgruve: Mange forsøksark påstår at utfallsvinkelen ikke betyr noe. Det stemmer bare for små vinkler. Slipper elevene fra 90°, får de faktisk et målbart utslag, og det er en fin anledning til å snakke om at en modell har et gyldighetsområde. La gruppa som måler forskjell få rett.