Första klassens lektionsplaner om kraft och rörelse

Från och med födseln upplever människor rörelse och rörelse. Frivilliga rörelser som vinklande fingrar eller öppning och stängning av käken för att gråta, prata eller äta; ofrivilliga rörelser som andning och hjärtfunktion; och naturliga krafter som gravitation, vind, planetbanor och tidvatten är så vanliga att de tas för givet. De flesta små barn har aldrig tänkt på fysiken som tillåter rörelse eller övervägt hur livet skulle vara utan rörelse. Första klassens lektionsplaner om kraft och rörelse bör införa enkla demonstrationer av de vetenskapliga lagar som styr rörelse och gör dagliga aktiviteter möjliga.

En enkel definition av kraft är att trycka eller dra i ett objekt för att producera rörelse. Be barnen brainstorma exempel på vardagliga saker som rör sig genom att trycka eller dra, till exempel en cykelpedal, vippa eller en dörr som öppnas och stängs. Visa bilder av föremål i rörelse som en raket som spränger av sig, en fallskärmsöppning, en baseboll som lämnar en kannas hand eller tar kontakt med en fladdermus, en skottkärra eller en barnvagn. Be dem att identifiera vilka krafter som fungerar för att få objektet att starta eller sluta röra sig eller ändra riktning eller hastighet: skjuta, dra eller båda?

Gravitation drar människor och föremål nedåt mot jorden. Men människor, bilar och byggnader dras inte ner i marken och inte heller visar ett föremål som vilar på ett bord några tecken på rörelse. Därför måste det finnas en uppåtriktad kraft som håller saker på ytan och vilar när de störs av externa krafter. Denna motsatta kraft kallas "normal kraft". Lägg en måttstock över utrymmet mellan två stolar eller skrivbord. Balansera en tung bok i mitten och se hur träet böjer sig. Låt eleverna försöka trycka ner boken för att känna motståndet från den normala kraften som försöker räta ut måttstocken. Ge barnen ett enda pappersark och be dem bygga en pappersbro mellan två tjocka böcker som rymmer en massa öre. Låt dem böja, vrida, riva och vika papperet för att hitta den design som bäst balanserar normal kraft med tyngdkraften för att hålla det största antalet pennor.

Utan motståndskrafter skulle det inte finnas något som hindrar ett objekt i rörelse. Låt barnen brainstorma de problem som detta kan orsaka, till exempel att de inte kan stoppa en bil eller sakta ner kroppen för att sitta eller sova. Tidvatten skulle upphöra och eventuellt rinna över landet eftersom vattnet fortsatte att röra sig i en riktning utan att något skulle avleda eller stoppa det. Lyckligtvis utövar friktion och lufttryck krafter som gör att föremål kan sakta ner, stoppa eller ändra riktning. Rulla en marmor i en lutning över olika ytor som matta, linoleum eller klinkergolv. Prova sandpapper, en våt, sandig eller stenig yta. Mät hur långt marmorn rullar över de olika ytorna och jämför hur friktion eller brist på den påverkar marmorns rörelse.

Tröghetslagen berättar att när du väl har satt ett objekt i rörelse kommer det att tendera att fortsätta att röra sig på samma sätt hastighet och riktning tills en annan kraft verkar på den för att påskynda den, sakta ner den, stoppa den eller ändra dess riktning. På samma sätt tenderar ett objekt som inte rör sig att stanna så tills en annan kraft sätter det i rörelse. Till exempel kommer en stapel nickels på ett bord att ligga precis där du lägger den så länge den är ostörd. Men om du försiktigt siktar och skjuter ett annat nickel i bottenmyntet, kommer myntets kraft att sätta in mynt det träffar i rörelse, vilket får det att skjuta ut från botten av stacken medan de övre lagren helt enkelt faller ner ostörd. En pendel är också en bra demonstration av tröghet att hålla något i rörelse på obestämd tid tills tyngdkraften och friktionen får det att sakta ner.