Transcript Lærerveiledning

Bruker du bilbelte?
(lærerveiledning)
Fag Matematikk/ naturfag
Tid 1 time matematikk (og 1 time nat.fag.)
Utstyr Pc’er til elevparene
Hensikt Elevene skal undersøke hvor stor kraft
man blir utsatt for når man kolliderer. For
å få til dette skal elevene lage en graf som
viser sammenhengen tiden har på kraften
i kollisjonen. I tillegg til tiden vil også
farten og massen ha en effekt på kraften i
sammenstøtet.
Kompetansemål:
•
Naturfag:
o
o
•
gjøre greie for hvordan trafikksikkerhetsutstyr hindrer og minsker skader ved uhell og ulykker
gjøre rede for begrepene fart og akselerasjon, måle størrelsene med enkle hjelpemidler og gi
eksempler på hvordan kraft er knyttet til akselerasjon
Matematikk:
o
o
o
bruke, med og utan digitale hjelpemiddel, tal og variablar i utforsking, eksperimentering,
praktisk og teoretisk problemløysing og i prosjekt med teknologi og design
lage, på papiret og digitalt, funksjonar som beskriv numeriske samanhengar og praktiske
situasjonar, tolke dei og omsetje mellom ulike representasjonar av funksjonar, som grafar,
tabellar, formlar og tekst
identifisere og utnytte eigenskapane til proporsjonale, omvendt proporsjonale, lineære og
enkle kvadratiske funksjonar, og gje døme på praktiske situasjonar som kan beskrivast med
desse funksjonane
Organisering av aktiviteten:
1. Kjapp gjennomgang av Newtons tre lover
2. Forklare begrepene Kraft og akselerasjon, G-krefter
3. Praktisk oppgave for elevene på pc’er (Lage graf vha. Geogebra) Detaljert fremgangsmåte
kan skrives ut, men med litt Geogebrakunnskap kan elevene klare dette uten.
4. Besvare oppgaver knyttet til grafen de har laget og en filmsnutt de skal se.
5. Oppsummering og samtale om betydning av sikkerhetsutstyr i trafikken.
2 og 2 elever jobber sammen på en datamaskin.
lærerveiledning
Side 1/6
Viktige begreper å kunne:
Akselerasjon
Måles i m/s2 (utt. meter per sekund i annen, eller meter per sekund per sekund)
1 m/s2 betyr at farten øker med 1 m/s for hvert sekund som går. Dvs. at etter 10
sekunder har man en fart på 10 m/s (det samme som 36 km/t)
For å regne ut akselerasjonen må man ta
a=
∆v
fartsendring
⇒
∆t
tid
Eks.: Hvor stor er akselerasjonen når en sprinter oppnår en hastighet på 10
m/s etter 5 sekunder?
a=
∆v
fartsendring
10m / s
⇒
⇒
= 2m / s 2
∆t
tid
5s
Svar: Han har da en akselerasjon på 2 m/s2.
Kraft (FORCE)
Kraft måles i Newton (forkortes med bokstaven N).
1 N = den kraften som må til for å akselerere 1 kilo med 1 m/s2
Newtons 1. lov
”Et legeme som ikke utsettes for ytre krefter forblir i ro eller i en rettlinjet
bevegelse med konstant fart.”
I en kollisjon vil dette bety at ethvert objekt i bilen vil fortsette i samme fart fremover til det utsettes
for ytre krefter. Disse ytre kreftene som stopper denne bevegelsen ønsker man jo at skal være
bilbelte og airbag og ikke frontruten, dashbord, ratt eller noe annet hardt.
lærerveiledning
Side 2/6
Newtons 2. lov
”Akselerasjonen til et legeme er direkte proporsjonal med kraften som virker på legemet, og
omvendt proporsjonal med legemets masse.”
Sagt på en annen måte: øker kraften øker akselerasjonen. Øker massen minker akselerasjonen.
Regnes ut ved å bruke formelen F=m*a
Kraften er lik massen multiplisert med akselerasjonen.
Kraft måles i Newton, masse i kilogram og akselerasjon måles i m/s2
2 m/s2
Eks.: Hvor stor kraft yter sprinteren i forrige eksempel gitt at sprinteren veier 80
kilo?
F=m*a
F= 80 kg * 2 m/s2
160 N
F= 160 N
Svar: Sprinteren skyver fra med en kraft på 160 N
Newtons 3. lov
”Om to legemer påvirker hverandre, er kraften som virker fra det første legemet på den andre like
stor og motsatt rettet til kraften som virker fra det andre legemet mot den første.”
Det dette betyr er at om sprinteren skyver fra med en kraft på 160 N i startblokken, skyver
startblokken like ”hardt” tilbake på sprinteren.
Eller sett i sammenheng med en kollisjon. Dersom en person treffer dashbordet med en kraft på
10000 N (ikke usannsynlig) så vil dashbordet skyve med like stor kraft. Dette kan gi fatale
konsekvenser.
F = m οa
10000 N = 80kg ο a
Hadde sprinteren kunne skyve fra med en slik kraft i fra start
ville han hatt en fart på 125 m/s (eller 450 km/t) etter ett
sekund.
10000 N 80kg ο a
=
80kg
80kg
125m / s 2 = a
lærerveiledning
Side 3/6
G-krefter
Med G-krefter mener vi vanligvis akselerasjonskrefter som et legeme utsettes for. Når vi står i
ro i forhold til jorda, opplever vi normal tyngde. Siden dette er utgangspunktet for angivelse
av G-kraft, kaller vi dette 1G, og siden dette er den normale opplevelsen av tyngdekraft er
også retning det vi oppfatter som positiv, dvs. fra hodet nedover mot bena.
1G er altså ikke en måleenhet, men en relativ sammenligning med den samme massens
tyngekraft. For en kropp på 80 kg er 1G ≈ 800 N (vi avrunder da tyngdens akselerasjon (g) til
10 kg*m/s2), mens tilsvarende for en kropp på 100 kg er 1G ≈ 1000 N
2G (som man utsettes for i Thundercoaster, Tysenfryd)) for en person på 80kg gjør at
personen presses bakover i stolen med en kraft på 1600N. Eller man kan også uttrykke det
som om at personen utøver et press bakover med en kraft på 160 kilo.
G-krefter i kollisjoner blir fort over 50G og i kortere øyeblikk kan det overstige langt over
100G. Jagerpiloter kan bli utsatt for 9G over noe lengre tid uten å besvime, men de har også
på seg spesiallagde dresser og er trent opp til å tåle denne påkjenningen.
For å regne ut G-kreftene:
Formel:
G=
F
mg
(Husk lille ”g” er gravitasjonskonstanten = 9,81)
Eksempel:
Sprinteren på 80kg som kollidere med en kraft (F) på 10000 N vil da bli
utsatt for:
G=
F
10000
⇒
= 12,74 svar: Han ble utsatt for 12,74 G
mg
80 • 9,81
Menneskelig tåleevne av G-krefter
Dette avhenger mye av i hvilken retning G-kreftene virker på kroppen og hvor lenge.
Retningen på G-kreftene refereres som ”Eyeballs -in / -out / -up / -down.
”Eyeballs in” vil i dette tilfelle være kreftene du opplever når man akselerer fremover i f.eks
en bil. Det er dette kroppen tåler mest av.
”Eyeballs out” er når man bremser opp. ”Verdensrekorden” for slik oppbremsing er at John
Stapp overlevde G-krefter på 46.2 G. Man regner med at ingen tåler over 50 G.
Dersom G-kreftene virker rett ned på en stående person vil denne personen besvime etter kort
tid dersom han utsettes for 5 G. Dersom G-kreftene er negative, tåler et menneske kun 2-3 G
før effekten er dødelig.
PS. En vandrehistorie sier at en person ble på et utdrikkningslag rullet inn i et teppe og satt
ved døren til sin tilkommende. Han ble ved en feiltagelse satt opp ned og ble funnet død neste
lærerveiledning
Side 4/6
morgen. Han hadde da blitt utsatt for -1G over for lang tid, ifølge historien. Om den er sann
vites ikke, men utenkelig er det ikke at det kunne skjedd
Fasit til spørsmålene elevene skal besvare:
7) Prøv å beregne hvor lang tid krasjet tar?
• Krasjet kan kalkuleres ut fra at bilen blir sammentrykt ca ½ meter. Dette kan brukes
for å finne ut av hvor lang tid kollisjonen tar. 70 km/t = 19,45 m/s. Da tar det
0,5m/19,45 m/s=0,025 sekunder å tilbakelegge denne halve meteren. Her tar man
ikke høyde for oppbremsingen bilen vil få idet den treffer steinen, så for å
kompensere for dette dobler man tiden.
• Et anslag på 0,05 sekunder er nok derfor ikke langt unna.
8) Hvor stor kraft utsettes testdukkene for i bråstoppen?
• Dersom man bruker tiden 0,05 sek. er kreftene ca 30000 N. Testdukkene utsettes for
da altså for nærmere 40 G. MEN:
• Dersom man ser på testdukken med bilbelte på kan man si at tiden det tar før man er
kommet til full stopp er lengre enn 0,05 sekunder. Bruk filmen til å diskutere hvor
mye lengre tid. Bilen stopper på 0,5 meter mens denne dukken kanskje stopper på
0,8 meter. En dobling av tiden betyr en halvering av kreftene i sammenstøtet
• Testdukken som ikke har belte på stopper nesten momentant og vil derfor utsettes
for langt større krefter.
9) Hva er det på testdukkene som ”tar støyten” av all denne kraften?
a. Testdukke med bilbelte og airbag får disse kreftene fordelt utover et større område.
Bilbelte fordeler kreftene langs hele overkroppen og buk. Airbagen fordeler kreftene
når hodet slynges fremover slik at tiden det tar før hodet kommer til full stopp øker.
Og jo lengre tid en kollisjon tar desto større er sjansene for å overleve
b. Testdukken uten belte fortsetter fremover med samme kraft til han treffer
passasjersete, midtkonsoll og frontrute foran. Mye av denne kraften blir fordelt på et
svært lite område. Alvorlig skade forventet.
10) Hvorfor flyr testdukken uten bilbelte fremover? (bruk det du har lært om Newton i svaret
ditt)
• Newtons 1.lov sier at: ”Et legeme som ikke utsettes for ytre krefter forblir i ro eller i
en rettlinjet bevegelse med konstant fart.” Her vil testdukken fortsette i samme fart
fremover til det møter motstand. Kreftene som testdukken utøver på dashbordet/
frontrute er like stor som det utøver en kraft på testdukken,ifølge Newtons 2.lov.
Kraften er lik massen multiplisert med akselerasjonen i henhold til Newtons 3.lov.
11) Kommenter unnskyldninger for ikke å bruke bilbelte opp mot det du nå har lært
• Se utsang og kommentarer på neste side. Be også elevene komme med egne utsagn/
unnskyldninger.
lærerveiledning
Side 5/6
Eksempler på unnskyldninger for ikke å bruke bilbelte og kommentarer:
Jeg klarer å holde meg fast hvis vi kræsjer
Når farten blir høyere enn 10 km/t vil svært få være sterke nok til å holde igjen kroppstyngden, samme
hvor mye muskler du har. Elevene kan teste dette ved å falle forover med strak kropp og ta imot fallet
med overarmene. Hastigheten vil da være ca. 8 km/t. NB! Det er nokså stor påkjenning for håndledd,
vis varsomhet. Men normalt skal alle elever tåle dette! Verre for lærere i voksen alder som har blitt litt
fortung ☺.
Jeg har airbag
Airbagen virker ikke alene. Den er avhengig av at du har på bilbeltet. Airbagen utløses i en fart på 300
km/t og vil skade deg om du ikke sitter fastspent. Airbag er også konstruert for voksne personer og
kan for unge barn gjøre stor skade. Derfor skal man alltid skru av airbag dersom barn sitter i forsete.
Bilen min er så trafikksikker
Bruker du bilbelte holdes du på plass i setet og stopper opp sammen med bilen hvis det skjer en
ulykke. Uten bilbelte blir du kastet rundt i bilen med stor kraft. Et solid karosseri hjelper deg ikke da.
Jeg skal bare i butikken
Mange lar være å bruke bilbeltet på korte turer. Men det er korte turer vi har flest av, og det er også på
disse turene de fleste ulykkene med personskade skjer.
Jeg bruker bare belte på langturer og når jeg kjører fort
Tenk deg skadene du kan få hvis du løper så fort du kan rett i en vegg. Da har du bare en fart på 20
km/t. Å kollidere i 50 km/t uten belte tilsvarer et fritt fall fra 4. etasje.
Det er mye tryggere å sitte bak, jeg trenger ikke belte i baksetet.
Det er like viktig å bruke belte i baksetet som i forsetet. Sitter du uten bilbelte i baksetet kan du skade
både deg selv og den som sitter i setet foran deg.
Det tar så mye tid å ta av og på beltet
Det tar omtrent like lang tid å ta på seg beltet som det tar å sette inn tenningsnøkkelen og vri den
rundt.
Det er farlig å ha beltet nær halsen
Det er mye farligere å ha beltet langt ute på skulderen. Ved en kollisjon kan overkroppen skli ut av
beltet hvis det ikke ligger riktig. Dette kan gi deg alvorlige indre skader eller hodeskader.
Hvis jeg kjører av veien og havner i vannet, kan det hende jeg ikke
klarer å løsne beltet og da drukner jeg.
Bruker du ikke belte er det stor fare for at du allerede er skadet og slått bevisstløs når bilen treffer
vannet. Med belte er du mindre skadd og kan komme deg ut. Det finnes også belteklippere å få kjøpt
dersom man ønsker denne tryggheten.
Ulykker hender jo aldri meg!
Og ingen vinner noen gang i Lotto heller. Det er faktisk større sjanser for å bli skadet i trafikken enn
det er å vinne i lotto.
lærerveiledning
Side 6/6