Sklier - Galileos eksperiment

En sklie er i prinsippet et gedigent skråplan. Du kan selv skli og du kan få gjenstander til å skli eller rulle ned sklien. Noen sklier slutter litt over bakken. Hva slags bevegelse får en ball i det den farer over kanten?

Jun Toutain
Naturfagsenteret, UiO

Barna forbereder seg på å slippe ballene samtidig ned sklien.

På Galileos tid (1564-1642) kjente man ikke til Newtons lover. Galileo viste at bevegelse kan deles i to komponenter, den loddrette og den vannrette. Han lot en kule dyppet i blekk rulle ned et skråplan som befant seg i en viss høyde over bakken. Kulen fortsatte derfor et stykke i luften før den landet. Der hvor kulen landet ble det et merke av blekket. Han oppdaget at ved å øke høyden kom blekkflekken lenger og lenger bort fra enden av skråplanet.

Elevene kan selv skli ned sklien et par ganger. Noen sklir fortere enn andre. Er det lett å sette føttene ned for å stoppe der sklien tar slutt? Får noen av elevene så stor fart at de må ta flere skritt før de klarer å stoppe?

Start aktiviteten med et tankeeksperiment. La elevene tenke igjennom hva som skjer, hvordan og hvorfor det skjer, FØR de begynner å slippe gjenstander ned sklien. Elevene kan lage sine egne hypoteser og finne måter for hvordan de selv kan undersøke om hypotesene er gode eller ikke.

Mål høydeforskjellen mellom sklien og bakken. Trill en ball ned en sklie som slutter litt over bakken slik at ballen fortsetter et lite stykke i luften før den lander. Hvor langt kommer den?

La ballen starte fra forskjellig høyde. Lag en tabell, som den vist under, over hvor langt ballen går innen den lander for forskjellige starthøyder.

Starthøyde målt over bakken i meter	Lengde målt fra sklien i meter

Tegn et diagram som viser hvordan lengden avhenger av starthøyden. Hvilken formel beskriver denne sammenhengen. Stemmer det med det du forventet deg?

Faglig forklaring

Når ballen løftes en viss høyde over bakken, får den stillingsenergi. Ballen får fart nedover sklien fordi stillingsenergien går over til bevegelsesenergi. Jo høyere ballen løftes, jo mer stillingsenergi får den. Hvis sklien skrår jevnt nedover (rett skråplan), får ballen en konstant fartsøkning. Er sklien buet får ballen mesteparten av fartsøkningen til å begynne med. I en slik sklie får ballen større fart enn i en som skrår jevnt. Det siste partiet, der sklien ender, er ofte ganske flatt. Farten, i det ballen farer utfor kanten, er derfor horisontal. Jo høyere opp ballen startet, jo høyere blir farten. Hvis vi kan se bort fra luftmotstanden, er den vannrette fartskomponenten konstant helt til ballen treffer bakken.

Når ballen ikke lenger er i kontakt med sklien, er det ingenting som forhindrer den i å falle mot bakken. På grunn av tyngden får ballen en loddrett akselerasjon i tillegg til den konstante vannrette farten. Se forsøket Fallparabelen. Tiden det tar fra ballen farer utfor kanten til den treffer bakken avhenger bare av hvor langt det er fra kanten til bakken. Den er derfor den samme uansett hvor stor den vannrette farten er. Men jo større vannrett fart, jo lengre bort fra sklien kommer ballen før den treffer bakken.