Å LYKKES MED NATURFAG SF
PER AUDUN HESKESTAD • AGNETE ENGAN • HARALD LIEBICH
HILDE CHRISTINE MYKLAND • KAROLINE NÆRØ SVEIN ARNE EGGEBØ VALVIK
NATURFAG VG1 FOR STUDIEFORBEREDENDE UTDANNINGSPROGRAM
Bokmål
© CAPPELEN DAMM AS, 2023
ISBN 978-82-02-70640-1
2. utgave, 1. opplag 2023
Å lykkes med naturfag SF er skrevet til læreplanen for Kunnskapsløftet 2020 (LK20)
i faget naturfag SF på vg1 i videregående skole. Boken bygger på Kosmos SF fra 2020.
Hovedillustratør: Bjørn Norheim
Omslagsdesign: Sissel Holt Boniface
Grafisk formgiving: Kristine Steen, Aksell
Forlagsredaktør: Eva Irgens
Trykk og innbinding: Livonia Print, Latvia 2023
Boken er satt i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print.
Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser.
Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.
Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.
www.cdu.no www.alykkesmed.cdu.no
Fotoliste:
Getty Images: s. 8, Tizano Cremonini s. 9, Petrovaich9 s. 10, Shutter2U s. 11, Philip_hens s. 26, mikeuk s. 27, MaskaRad s. 29, masa44 s. 32, Yevhenii Orlov s. 33 nv, Rudmer Zwerver s. 33 nh, Firmafotografen s. 51, anyaberkut s. 52, nyaivanova s. 55, Valentin Rusanov s. 69, Antonio Guillem s. 78, Mark Kostich s. 79, Sutthaburawonk s. 80 v, peakSTOCK s. 80 h, bjdlzx s. 81, CBCK-Christine s. 95 v, WhitneyLewis Photography s. 95 h, mason01 s. 97, Andrew Dunlop s. 99, Rudmer Zwerver s. 100, MaKCNM IIIMaKOB s. 112, Yelantsevv s. 117, sportwereld s. 119
NASA/ESA: s. 83
Innhold
4 5 6
Bølger, stråling og big bang-teorien
Bølger
Mekaniske bølger – vannbølger og lydbølger
Elektromagnetiske
Bølgefenomener
Trådløs
Overføring av
Skader
Forord
Å lykkes med naturfag SF gir en oversiktlig og kortfattet framstilling av naturfag på vg1 studieforberedende utdanningsprogram og er i tråd med Kunnskapsløftet 2020 (LK20). Boka passer godt for elever og privatister som ønsker en rask oversikt over faget. Elever som tar naturfag vg3 påbygging til generell studiekompetanse, skal lese kapittel 1, 4, 5 og deler av 6.
Nettsted: alykkesmed.cdu.no
Lykke til!
Agnete Engan
Per Audun Heskestad
Harald Liebich
Hilde Christine Mykland
Karoline Nærø
Svein Arne Eggebø Valvik
Naturvitenskap
KOMPETANSEMÅL:
• utforske en selvvalgt naturfaglig problemstilling, presentere funn og argumentere for valg av metoder
• drøfte hvordan utvikling av naturvitenskapelige hypoteser, modeller og teorier bidrar til at vi kan forstå og forklare verden
• vurdere og lage programmer som modellerer naturfaglige fenomener
Den naturvitenskapelige metoden
Et av kjennetegnene ved naturvitenskap er måten vi jobber med ulike spørsmål på. Det kaller vi gjerne den naturvitenskapelige metoden. Når vi forsøker å forstå eller forklare et problem innenfor naturvitenskapen, har vi ofte en antakelse om hvordan ting henger sammen. En slik antakelse kaller vi gjerne en hypotese. Vi kan se på en hypotese som et forslag til en forklaring på hvordan ting henger sammen. Hypotesen er en viktig del av den naturvitenskapelige metoden.
Hypotesen danner ofte utgangspunkt for forsøkene våre. Forsøkene utgjør også en viktig del av den naturvitenskapelige metoden. I forsøkene gjør vi systematiske undersøkelser og nøyaktige målinger. Skal resultatene være troverdige, må vi utføre flere forsøk. Vi må være sikre på at forskjellene vi observerer i resultatene, ikke skyldes feilkilder som unøyaktigheter eller målefeil. Vi kan også avgjøre om en hypotese er god eller dårlig, ved å observere naturen rundt oss. Observasjoner som ikke stemmer med hypotesen, fører normalt til at vi må forkaste hypotesen.
Når vi har resultatene fra forsøkene eller observasjonene, må vi analysere og tolke resultatene. Konklusjonen i den naturvitenskapelige metoden
forsøker å samle trådene og oppsummere funnene. Til slutt må vi beskrive forsøket og observasjonene våre på en slik måte at andre kan gjøre sine egne forsøk eller observasjoner.
Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese forsøk/observasjon resultater analyse/tolkning konklusjoner
Hypotese styrket
Problemstilling
Konklusjoner Hypotese
Analyse, tolkning
Hypotese svekket
Resultat
InnholdBeskrivelse
Undersøkelser, observasjon
Den naturvitenskapelige metoden.
Tittel på forsøk, navn og dato Oppgi tittelen på forsøket og eventuelt også nummer, ditt eget navn og datoen da du gjorde forsøket.
Hensikt Beskriv hva du vil undersøke i forsøket, eller hva forsøket går ut på. Trekk gjerne inn aktuell teori og eventuelle hypoteser som skal testes.
Utstyrsliste Skriv en liste over utstyret du brukte.
Framgangsmåte Forklar hvordan du utførte forsøket.
Figur/bilde Ta med en god figur eller et godt bilde (bruk gjerne mobiltelefon) som viser hvordan utstyret er oppstilt. Oppgi gjerne navn på utstyret og en kort forklaring av hva figuren eller bildet viser.
Observasjoner og resultater
Konklusjon Skriv ned konklusjonene du kommer fram til, ut fra resultatene dine. Stemmer resultatene med det du har lært om emnet? Gir resultatene støtte til hypotesen du formulerte før du gjorde forsøket? Teori
Forklar hva du observerer under forsøket, og noter måleresultatene. Ta med reaksjonslikninger når det er aktuelt. Dersom det er mulig, kan du sette opp resultatene i en tabell eller et diagram. I noen forsøk kan det være nyttig å ta bilder av resultatene med mobilen.
Drøfting Diskuter observasjonene og måleresultatene. Hvordan stemmer de overens med hypotesen? Ta også med feilkilder og usikkerhet.
Modeller og teorier i naturfag
Ved å lage modeller av ulike fenomener i naturen kan vi lettere forstå hvordan alt i naturen fungerer. Vi kan bruke modellene til å forklare hvordan fenomenene fungerer. Ett eksempel er figurer av atomet, der kjernen består av nøytrale og positive kuler, og der elektronene er små, negative kuler som er plassert i en sirkelformet bane i en fast avstand til kjernen. Andre eksempler er en menneskeformet dukke i plast med ulike deler som skal forestille organer, eller en graf som forsøker å forutsi temperaturutviklingen på jorda de neste femti årene. Modeller viser forenklede versjoner av virkeligheten og kan derfor av og til føre til misforståelser og feilaktige konklusjoner. Men som regel er de et nyttig verktøy for å forstå naturfaglige fenomener, og de spiller en vesentlig rolle i formidlingen av ny kunnskap.
Figurene viser skallmodellen (øverst) og en torso, eller overkropp, hos mennesket (nederst).
Mulig temperaturutvikling på jorda fram til år 2100.
På samme måte som modeller skal teorier i naturvitenskapen forklare fenomener i naturen. Teoriene er ofte formulert som tekst eller et matematisk uttrykk. Dersom vi ved hjelp av forsøk kan vise at en teori ikke stemmer, vil ikke denne teorien være gyldig lenger. Da må den erstattes av en ny teori som stemmer med de nye resultatene.
Som all kunnskap innenfor naturvitenskapen er det ingen teorier som er endelig bevist. Det beste vi kan gjøre, er å teste en teori gjennom ulike forsøk eller grundige studier av naturen. På den måten kan vi oppnå flere resultater som støtter teorien. Teoriene du møter i denne boka, har vært gjenstand for så grundige forsøk på å avkrefte dem, det vi kaller falsifisering, at de aller fleste forskere i verden regner dem som sanne.
Et eksempel på en teori er evolusjonsteorien. Den sier at alt levende har utviklet seg fra en felles stamform. Basert på evolusjonsteorien har vi laget mange modeller som forsøker å illustrere hvordan utviklingen av livet på jorda kan ha foregått.
To tenkte modeller for hvordan mennesket har utviklet seg. Stammer mennesket fra aper? Det vil være riktigere å si at mennesker og aper har samme opphav. Våre nærmeste «apeslektninger» er sjimpansene, men vi stammer ikke fra sjimpanser. Hvordan syns du de to modellene får fram dette poenget?
Menneskeaper
Orangutang
Sjimpanse
Dvergsjimpanse
Menneske
Gorilla
Programmering i naturfag
Vi kan undersøke sammenhenger innenfor naturvitenskapen ved å lage dataprogrammer eller datamodeller. Vi kan for eksempel forutsi været flere uker fram i tid. Resultatene avhenger av hvilke verdier vi legger inn, såkalte parametrer, som lufttrykk, luftfuktighet og temperatur. Dersom vi bruker nøyaktige verdier for de ulike parametrene, vil en god datamodell gi et resultat som stemmer godt overens med virkeligheten. Men selv med gode datamodeller er det vanskelig å gi et pålitelig langtidsvarsel, altså en værmelding som forutsier været langt fram i tid. Til det er prosessene i naturen for sammensatte.
Forskerne i FNs klimapanel prøver å forstå hvordan klimaet på jorda vil utvikle seg i framtiden, og hvilke konsekvenser det vil ha for livet på jorda. Datamaskiner brukt til å kjøre globale klimamodeller, kan utføre 7,4 billiarder beregninger per sekund. Den største fordelen med å bruke dataprogrammer i naturvitenskapen er muligheten til å gjøre mange flere beregninger enn vi hadde klart å gjennomføre selv. Men resultatene vil aldri være bedre enn algoritmene, altså våre instruksjoner om hvordan datamaskinen skal behandle dataene, og kvaliteten på dataene vi legger inn.
Målinger av blant annet trykk, temperatur og luftfuktighet har blitt lagt inn i datamaskiner som forsøker å beregne hvordan været utvikler seg noen dager og uker fram i tid.
Kildekritikk og formidling av forskning
Utsagn som «forskning viser» har liten verdi dersom det ikke vises til hvor forskningen er publisert, eller hvem som har utført den. Vi må være forsiktige med å tro på funn som er overraskende, som høres ut som om de er for gode til å være sanne, som baserer seg på bare én forskningsrapport, eller som er publisert på nettsteder som virker useriøse. Et generelt råd er: Vær en kritisk leser!
Som regel er forskere de som er mest kritiske til andre forskeres arbeid, og ofte ønsker de selv å undersøke om nye funn kan stemme. Innenfor viktige områder, for eksempel medisin, gjøres det ofte såkalte metastudier. En metastudie vil si at man samler inn all aktuell forskning som er gjort innenfor et bestemt område. Da kan man slå sammen resultatene fra alle de ulike studiene og trekke enda sikrere konklusjoner. Forskerne i FNs klimapanel jobber som oftest på denne måten. De ser på all tilgjengelig klimaforskning, også den som ikke viser noen sammenheng mellom økt CO2-nivå og temperatur, og prøver å trekke konklusjoner basert på all denne forskningen.
Innenfor medisin utføres forskningen ofte på levende celler eller på mennesker.