9789127460966 by Smakprov Media AB

Fysik

Solens strålar visar sig vid horisonten. En ny dag börjar.

Tiden och rymden

Människan har i alla tider använt stjärnorna, solen och månen för att hålla reda på tiden.

Vi räknar timmar, dagar, månader och år efter hur jorden, solen och månen rör sig i förhållande till varandra.

Det här kapitlet handlar om hur vi mäter tiden. Det handlar också om jorden, månen och forskning som bedrivs i rymden.

Forskningen lär oss mer om hur universum skapades, är uppbyggt och fungerar.

Forskningen är också en förutsättning för att kunna resa i rymden, ännu längre ut än till månen.

I det här kapitlet får du läsa om

• hur jorden, solen och månen rör sig

i förhållande till varandra

• hur det blir dag och natt, månader och år

• varför det blir olika årstider

• hur forskning kan bidra till att vi kan resa till andra planeter.

Dygn

Solen verkar röra sig över himlen under dagen, då den stiger upp på morgonen och går ner på kvällen. Men egentligen är det jorden som roterar runt sin egen axel, jordaxeln. Eftersom vi befinner oss på jorden märker vi inte av rotationen, utan i stället ser solen ut att röra sig. Det tar 24 timmar för jorden att rotera runt sin axel. Vi kallar det ett dygn.

Mitt på dagen i Sverige.

Dag och natt

Natt i Sverige.

När Sverige roterar in i solens ljus säger vi att solen går upp och vi får dag.

Solen lyser på jorden hela tiden, men eftersom jorden roterar är det bara halva jordklotet i taget som träffas av solens strålar. När Sverige träffas av solens ljus är det dag. När vi är i skugga är det natt. Dagar och nätter är olika långa under olika delar av året. På sommaren är dagarna längre och på vintrarna är de kortare. Hur långa nätterna är beror på hur stor del av dygnet Sverige är i skugga. Det skiljer sig också mellan olika delar av Sverige.

När Sverige roterar in i skugga säger vi att solen går ner och det blir natt.

Kiruna soluppgång solnedgång sommar 15 augusti 04:02 21:22 vinter 15 december 10:11 13:28

Tabellen visar när solen går upp och ner i Kiruna under sommar och vinter.

Tidszoner

Eftersom jorden roterar går inte solen upp samtidigt över hela världen. Därför har vi delat in jordens yta i 24 olika tidszoner. Zonerna sträcker sig från Nordpolen till Sydpolen, men är inte alltid helt raka. Överallt i en tidszon är klockan lika mycket. Sverige ligger i samma tidszon som bland annat Tyskland och Italien i Europa, och Gabon i Afrika.

Öster om Sverige går solen upp tidigare än den gör hos oss. Västerut går solen upp senare.

Tiden i olika länder

Finland ligger öster om Sverige och i en annan tidszon. Där går solen upp tidigare än i Sverige. När klockan är 12.00 i Sverige är den samtidigt 13.00 i Finland. Om du reser österut måste du alltså ställa fram klockan. De flesta klockor och mobiler ställer om tiden automatiskt. På Island, som ligger väster om Sverige, är klockan i stället 11.00 när den är 12.00 i Sverige. Att klockan visar olika mycket i olika tidszoner beror på att jorden roterar runt sin axel.

Jorden är indelad i 24 tidszoner för att det ska vara ljust på dagen överallt.

Island Sverige Finland

När klockan är 12 i Sverige är den 11 på Island och 13 i Finland.

Medan jorden roterar träffas olika platser av dagens första solstrålar vid olika tider.

År och årstider

Jorden roterar inte bara runt sin egen axel, utan också runt solen. Det tar 365 dygn och några timmar för jorden att röra sig ett varv runt solen. Det är jordens omloppstid och vi kallar den ”ett år”. Eftersom omloppstiden är lite längre än 365 dygn lägger vi till en extra dag vart fjärde år.

Ett år med 366 dagar kallas skottår. Den extra dagen läggs till den 29:e februari och kallas för skottdagen.

Andra planeter har andra omloppstider.

Jordaxeln lutar

Jordaxeln lutar ungefär 23 grader.

Ett år på planeten Merkurius är 88 dygn och ett år på Mars är 687 dygn.

När jorden roterar sitt varv runt solen lutar norra halvklotet, där Sverige ligger, olika mycket mot solen. När jordaxeln lutar mot solen har vi sommar på norra halvklotet.

När jordaxeln lutar bort från solen är det vinter i Sverige. Lutningen gör att solstrålarna träffar Sverige med olika vinklar. Det är därför vi har olika årstider.

Det tar ett år för jorden att röra sig ett varv runt solen. Eftersom jordaxeln lutar har vi olika årstider.

Midnattssol

Under en kort period på sommaren går solen aldrig ner i norra delen av Sverige. Det kallas för midnattssol. Motsvarande period under vintern kallas polarnatt. Då går solen aldrig upp.

När jordaxeln lutar bort från solen är det vinter i Sverige.

Olika årstider

Under vinterhalvåret lutar jordaxeln bort från solen. Sveriges bana är då i skugga under en större del av dygnet. Dagarna är därför korta, mörka och kalla. Under sommarhalvåret lutar i stället jordaxeln mot solen. Då träffas Sverige av solens ljus under en längre del av dygnet. Dagarna blir längre, ljusare och varmare.

I de områden som ligger nära ekvatorn finns inte årstider på samma sätt som på norra och södra halvklotet. Vad tror du att det beror på?

Omvända årstider

När Nordpolen lutar mot solen lutar Sydpolen bort från solen. Det betyder att när det är sommar på norra halvklotet, är det vinter på det södra. Under andra halvan av året är det tvärt om. Då är det vinter i Sverige och samtidigt sommar i Sydafrika och Australien, som ligger på södra halvklotet. I Australien är det sommar på julafton.

Månen

Månen rör sig i en omloppsbana runt jorden. Ett varv tar ungefär 30 dagar. Det är månens varv runt jorden som gör att vi delar in året i månader. Ett månvarv är en månad.

Månen är rund, precis som jorden, men vi ser inte hela månen så ofta. Vi ser bara en del av den, till exempel halva månen. Då kallar vi den för halvmåne. Hur stor del av månen vi ser beror på var solen, månen och jorden befinner sig. Det påverkar nämligen hur solens ljus träffar månen. Månen lyser alltså inte själv, utan den reflekterar bara ljus från solen.

När det är fullmåne ser vi hela månen som ett lysande klot. Det är ungefär 30 dagar mellan varje fullmåne.

Månens baksida

Precis som jorden roterar månen runt sin egen axel, månaxeln. Medan månen färdas runt jorden vrider den sig samtidigt. Det tar ungefär 30 dagar för månen att vridas ett varv, alltså lika lång tid som det tar för månen att röra sig ett varv runt jorden. Det gör att månen alltid vänder samma sida mot jorden. Från jorden kan vi därför aldrig se månens baksida.

Supermåne

Månen rör sig inte i en perfekt cirkel runt jorden, utan i en ellipsformad omloppsbana. Det innebär att den ibland är närmare jorden och ibland lite längre bort. Om det är fullmåne samtidigt som månen är närmast jorden ser månen extra stor ut. Fenomenet kallas för supermåne.

Månen rör sig i en omloppsbana runt jorden.

Vi ser alltid samma sida av månen från jorden. jorden

månen

Satelliter runt jorden

En satellit är ett föremål i rymden som rör sig runt ett annat föremål. Vår måne är alltså en satellit till jorden. Det finns också satelliter som är tillverkade av oss människor. De skjuts upp med raketer och placeras i en omloppsbana runt jorden. För att inte falla ner eller fortsätta ut i rymden behöver satelliterna vara på rätt höjd och röra sig med rätt hastighet.

Om du tittar mot himlen en mörk natt kan du ibland se en lysande punkt som rör sig. Det kan vara en satellit eftersom den reflekterar ljus från solen. Sverige har skickat upp flera forskningssatelliter som bland annat forskar om norrsken.

Samlar och skickar information

Varje satellit som roterar runt jorden har ett uppdrag. Vissa satelliter samlar information om atmosfären så att vi kan göra väderprognoser och se klimatförändringar. Andra satelliter innehåller sändare och mottagare som gör så att vi kan kommunicera över hela jorden med mobiler och datorer.

När du använder kartan i mobilen så är det satelliter som hjälper dig att hitta rätt. De skickar signaler om din position till mobilen med hjälp av ett GPS-system. GPS är en förkortning för Global Positioning System.

i din mobil tar emot signaler från satelliter.

GPS-mottagare

Det finns ungefär 11 000 satelliter som rör sig i olika omloppsbanor runt jorden.

Paraboler på jorden tar emot information från satelliterna.

Människan i rymden

Rymden börjar ungefär tio mil ovanför jordens yta. Vi har lärt oss mycket om rymden genom att studera den från jorden, men det finns så mycket mer att utforska som vi inte kan undersöka härifrån. Vi har därför placerat ut teleskop som roterar runt jorden och hjälper oss att se längre ut i rymden.

För att få ännu mer information om vårt solsystem skickar vi även ut rymdsonder. Rymdsonder är obemannade rymdfarkoster. De kan flyga förbi eller runt planeter och månar och skicka bilder till jorden.

Rymdresor

Den första människan i rymden var den ryska kosmonauten Juri Gagarin. År 1961 åkte han ett varv runt jorden i en rymdfarkost. Efter Juri Gagarins premiärtur har rymdresorna fortsatt.

De allra flesta som åker ut i rymden landar inte utan reser bara ut ur atmosfären och sedan tillbaka. Många rymdresor går till en rymdstation som bemannas av astronauter från flera olika länder, och några få har gått till månen.

Månpromenader

År 1968 landade den amerikanska rymdsonden Apollo 11 på månens yta och Neil Armstrong tog de första stegen på en annan himlakropp än jorden.

Totalt har 12 personer gått på månen. Senast det hände var 1972, men flera länder planerar att skicka dit människor igen. Månen kommer att vara viktig för att kunna åka vidare till Mars. På månen kan astronauter testa att bygga hus och annat som behövs för att kunna vistas en längre tid i rymden. Det kan också finnas mineraler på månen som kan vara värda att utvinna.

Här reser en ny besättning till rymdstationen ISS för att forska.

Där atmosfären tar slut börjar rymden.

Rymdstationen ISS

Ungefär 40 mil ovanför jordens yta finns rymdstationen ISS. En rymdstation är en bemannad rymdfarkost. Förkortningen

ISS står för International Space Station. Det tar 90 minuter för rymdstationen att röra sig ett varv runt jorden. På ISS bedrivs bland annat forskning som är viktig för att vi en dag ska kunna resa till Mars.

Svenska astronauter

Fler än 270 personer har rest till och arbetat på ISS. Besättningen kommer från många olika länder och består oftast av sex personer. Vissa stannar i flera månader, medan andra har kortare forskningsuppdrag och bara stannar i ett par veckor. Tre svenska astronauter har arbetat på ISS. Christer Fuglesang var den första svensken på rymdstationen, och efter honom har svensk-amerikanen Jessica Meir arbetat där. Den tredje svensken i rymden var Marcus Wandt.

Christer Fuglesang

Jessica Meir

Det här är rymdstationen ISS.

Marcus Wandt

Christer Fuglesang fick i uppdrag att koppla om ISS elsystem.

På rymdstationen

Christer Fuglesang har varit på ISS två gånger. Den andra gången fick han flytta en stor tank utanför rymdstationen. Tanken vägde flera hundra kilogram på jorden, men ändå var det inte alls svårt att flytta den. Christer och tanken var nämligen tyngdlösa. De svävade alltså fritt tillsammans i rymden.

Jessica Meir var på ISS i sex månader. Där forskade hon bland annat om hur man kan odla sallad i rymden och hur människans syn påverkas av tyngdlöshet. Marcus Wandt stannade tre veckor på ISS och utförde experiment med stamceller. Han gjorde också många mätningar på sin egen kropp för att undersöka hur den påverkades av tyngdlösheten och av att vara i trånga utrymmen.

Jessica Meir undersöker vad som händer med skelett i tyngdlöshet ombord på ISS.

Astronauterna är tyngdlösa

Allt på jorden dras mot marken av en osynlig kraft. Den kallas gravitation eller tyngdkraft. Utan den skulle allt sväva omkring fritt. På grund av tyngdkraften behöver du använda din muskelkraft för att röra dig, och för att lyfta och flytta saker. I rymden och på ISS upplever däremot astronauterna tyngdlöshet. Föremål faller inte mot golvet utan svävar omkring om de inte sitter fast. Det finns inget motstånd när astronauterna rör sig och det finns inget upp eller ner. Det gör att de behöver spänna fast sig i en sovsäck när de ska sova. De kan heller inte äta mat från tallrikar som på jorden eftersom maten svävar i väg.

Kroppen påverkas av tyngdlöshet

Astronauter som vistas i tyngdlöshet märker snabbt att kroppen inte behöver jobba lika hårt. Det gör att muskler och skelett blir svagare. På ISS finns speciella träningsredskap som astronauterna måste använda varje dag för att stärka musklerna. Även hjärtat slår långsammare, och synen och balansen påverkas av att vara i tyngdlöshet. Forskning har också visat att immunförsvaret blir sämre av att vara i tyngdlöshet. Hur tror du att en dag i tyngdlöshet skulle vara för dig?

Sveriges rymdbas

Sverige har en egen rymdbas utanför Kiruna. Den kallas Esrange, vilket står för European Space and Sounding Rocket Range. Varje år skickar vi upp flera raketer och ballonger till rymden från Esrange.

Marcus Wandt undersöker hur hans kropp påverkas av att vara tyngdlös.

Resor till Mars

Vi har lyckats skicka rymdsonder till Mars för att undersöka både ytan på planeten och atmosfären. Flera länder har planer på att även skicka människor till Mars.

Rymdsonder letar liv

Några rymdsonder som har landat på Mars har haft med sig fjärrstyrda fordon. De rör sig runt på planetens yta och tar bilder, som de skickar till jorden. Vissa fordon kan också ta prover från marken så att vi kan ta reda på vad ytan på Mars består av. Tack vare bilderna och proverna har vi hittat bevis för att det har funnits flytande vatten på Mars. Vi har till och med lyckats genomföra ett experiment på Mars. Det gick ut på att omvandla koldioxid från atmosfären till syre. Syre är en förutsättning för att vi ska kunna vara på Mars i framtiden. Det behövs också syre för att tillverka det bränsle som krävs för att vi ska kunna resa tillbaka till jorden.

Planeten Mars fotograferad av rymdsonden Viking 1.

Fordonet Perseverance har tagit tusentals bilder och samlat in prover på Mars.

En lång resa

En resa fram och tillbaka till Mars skulle kunna ta mellan två och tre år. För att kunna resa till Mars skulle vi behöva starta från månen. Månen har mycket lägre gravitation än jorden och därför behövs inte lika mycket bränsle. På månen skulle vi kunna forska mer och träna på att konstruera byggnader på himlakroppar med en annan gravitation än på jorden. För att klara resan måste vi även veta mer om hur människokroppen reagerar på att vara i tyngdlöshet, vilket bland annat Marcus Wandt forskar om.

Leva och bo på Mars

När vi väl kommit fram till Mars väntar nya utmaningar. Temperaturen varierar mycket mer där än på jorden, från −100 °C till 20 °C. Det finns inget syre i atmosfären så vi behöver rymddräkter för att kunna vistas utomhus. De byggnader vi ska leva i måste vara helt täta så att det livsviktiga syret inte läcker ut. Det finns inte flytande vatten att dricka eller växter att äta. I den tunna atmosfären på Mars saknas också skydd mot farlig, kosmisk strålning.

År 365 dagar 687 dagar

Dygn 23 h 56 min 24 h 37 min

Atmosfär Mest kväve och syre Mest koldioxid

Medeltemperatur

berget

Exoplaneter

Det är inte bara planeterna i vårt solsystem som vi människor är nyfikna på. Längre ut i rymden finns miljontals spännande planeter. En exoplanet är en planet som roterar runt en annan stjärna än solen. Forskare letar efter en exoplanet som liknar jorden och befinner sig på ungefär samma avstånd från sin stjärna. Då kan temperaturen vara rätt för att flytande vatten ska finnas på planetens yta. Nästa steg är att undersöka om planeten har atmosfär.

Kanske, kanske hittar vi tecken på att det har funnits liv, eller kan komma att finnas liv på andra ställen i universum. Vad tror du?

Jorden Mars

På jakt efter rymdens snabbaste partiklar

Vad är det för otroligt små partiklar som susar genom rymden nästan lika snabbt som ljuset? Varifrån kommer de och vad kan de berätta om universum? För att få svaren på dessa frågor behövs en väldigt snabb kamera.

Forskare vill bygga en kamera som kan fotografera rymdens snabbaste partiklar. Kameran ska placeras på en rymdfarkost som kretsar 40 mil över jordytan. Från den höga höjden kan kameran täcka ett mycket större område än vad något instrument på marken kan. Det ökar chanserna att få bilder på partiklarna.

Kameran måste vara väldigt snabb, så att den kan fånga partiklarna på bild. Ungefär 400 000 bilder i sekunden är målet.

Christer Fuglesang är förväntansfull

Christer Fuglesang är en av dem som jobbar med kameran. Han har själv varit i rymden som Sveriges förste astronaut. Nu bor han i Stockholm och forskar om de små partiklar som kameran ska försöka fånga.

– Kameran liknar ingenting som vi använder för att fotografera med här på jorden, förklarar

Christer. Den kommer att vara stor och tung. Linsen är en rund spegel, som är flera meter på bredden och höjden.

Redan nu finns en liten kamera av samma typ på Internationella Rymdstationen, ISS. Forskarna har skickat dit den för att kolla att tekniken fungerar. Det gör den. Kameran har tagit många spännande bilder, men är för liten

Kameran som ska fota mörk materia är inte färdig än. Här ser du en mindre modell av kameran. Den här test-kameran har skickats upp till ISS.

Det är Christer Fuglesang som har tagit bilderna på kameran.

Här passerar mörk materia utan att vi märker det.

för att kunna fånga upp de sällsynta partiklar man egentligen vill studera.

När den stora kameran är färdig kommer den troligen inte att hamna på ISS, utan skickas upp med en egen rymdfarkost.

– Nya instrument kan se nya saker, fortsätter Christer. Det finns alltid en chans att få upptäcka det oväntade. Kanske kommer kameran att kunna hjälpa oss att förstå vad mörk materia är.

Mörk materia

Ingen har någonsin sett mörk materia, och ännu vet ingen vad det är. Men forskare inom partikelfysik har räknat ut att det måste finnas stora mängder mörk materia i universum.

Delar av atomer

Partiklarna som den enorma kameran ska försöka fånga är antagligen delar av atomer. De är så små att det nästan inte går att förstå. Om man la en miljard (1 000 000 000) sådana partiklar i rad, skulle raden inte ens bli en millimeter lång!

De här partiklarna är också supersnabba. Ljusets hastighet är 300 000 kilometer per sekund, och ingenting kan röra sig fortare än så. Men de mystiska partiklarna färdas nästan lika snabbt som ljuset.

Partiklarna träffar jorden

– Vi räknar med att varje kvadratkilometer på jorden träffas av en sådan partikel en gång på 100 år, berättar Christer Fuglesang.

Det skulle betyda att Sverige träffas av tio partiklar per dygn.

Vad Christer och de andra forskarna kommer att upptäcka med hjälp av bilderna får vi säkert veta så småningom. Men en fråga vill vi kanske ha svar på redan nu: Vad skulle hända om en av de där supersnabba partiklarna nådde ner till marken och träffade oss?

– Ingenting, skrattar Christer. Den skulle gå rakt igenom våra kroppar utan att vi skulle märka något.

Hur känns det att skjutas upp i rymden och varför borde vi åka till Mars? Det är några av frågorna som astronauten

Marcus Wandt svarar på.

Astronauten Marcus

Astronauten Marcus Wandt beskriver känslan att skjutas upp i rymden som en mjuk men bestämd acceleration som pressade honom ner i stolen. Accelerationen ökade under en ganska lång tid på vägen upp mot rymden, och till och med själva accelerationen accelererade. Marcus beskriver det som en stark känsla av enorm hastighet.

Ett dygn på ISS är mycket kortare än på jorden. Hur upplevde du tiden i rymden?

Vi skapade en artificiell natt genom att stänga alla fönsterluckor och släcka hela rymdstationen. Så även om det var 16 dagar och 16 nätter varje dygn så kändes tiden ganska normal. Tiden vi följde var UTC.

Vad överraskande dig under din tid i rymden?

Den starka känslan man får när man ser jorden och rymden från rymden. Jag överraskades också av att det kändes som om jag låg i en säng när jag var på väg att somna, trots att jag svävade helt fritt.

Vilket var det roligaste du gjorde i rymden?

Jag tyckte om att skruva och fixa med saker, och att styra robotar som var kvar på jorden i en simulerad Mars-miljö. Det var även kul att testa hur bra mina kognitiva förmågor var på olika platser på rymdstationen.

Vad tror du om framtiden för rymdforskning och rymdresor?

Jag tror att rymdforskning och rymdresor kommer att få allt större betydelse för annan forskning och för utveckling i samhället i stort.

Vad skulle du säga är den viktigaste anledningen till att åka till Mars?

Allt man lär sig mycket bara genom att ta fram den kunskap, teknik och utrustning som krävs för att resa dit.

Vilka råd skulle du ge till unga människor som drömmer om att bli astronauter?

Gör något annat som du älskar och brinner för samtidigt som du behåller din dröm. Även om det kanske inte är jättestor chans att du når fram så är det inte omöjligt. Det är viktigt att skilja på svårt och omöjligt samt på osannolikt och omöjligt. Har du en dröm som ligger långt fram tror jag att du gör små val hela tiden som bär dig framåt mot den drömmen.

Om du kunde åka på ett nytt uppdrag, vad skulle du vilja utforska eller uppleva?

Jag skulle gärna åka till månen för att vara med och bygga upp en permanent månbas.

undersök

Månen ser ut olika ut beroende på när du tittar på den. Du ska försöka upptäcka skillnader genom att titta på månen vid olika tillfällen.

Gör så här:

1. Rita av hur månen ser ut en kväll eller ta en bild.

2. Titta på månen vid samma tid varje kväll i en vecka och rita eller fota hur den ser ut.

3. Jämför bilderna. Ser du några skillnader? Kan du i så fall förklara skillnaderna?

Diskutera

Vad tror du krävs för att vi människor ska kunna resa till Mars och leva där?

förklara

Hur långt är ett dygn, ett år och en månad?

Förklara genom att beskriva hur jorden, månen och solen rör sig.

Jämför

Ta reda på omloppstiden runt solen för de åtta planeterna i vårt solsystem. Hur långt är ett år på de andra planeterna?

• Johan Skarp

Fysik

åk 4 –6

PULS Fysik täcker kursplanernas centrala innehåll i fysik för årskurserna 4–6 i läroplanen Lgr22.

I den här boken får du upptäcka hur fysiken förklarar världen genom fenomen som ljud, ljus, krafter och energi.

Faktatexterna varvas med reportage, fördjupningar och viktiga upptäckter inom fysik. Varje kapitel avslutas med re ektionsfrågor och enkla undersökningar för att fördjupa din förståelse. Centrala begrepp förklaras direkt i texten och nns även samlade i en ordlista i slutet av boken.

PULS Fysik består av: