Missuppfattningar av kraft

Fakulteten för teknik- och naturvetenskap

Marcus Ericsson

Missuppfattningar av kraft Elevkunskaper om begreppet kraft Misconceptions of Force Pupils knowledge about the force concept

Examensarbete 15 högskolepoäng Lärarprogrammet

Datum: Handledare:

Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 [email protected] www.kau.se

15 juli 2008 Per-Eric Åhlén

Abstract Misconceptions in physics and especially mechanics have been the object of several studies since the first half of the 20th century. These studies have determined which misconceptions are present. A few or none studies have been made on how the education counters these misconceptions. It is therefore important to investigate the differences in knowledge between pupils in the ages of 13 and 16 years. This study aims to investigate the knowledge of the concept of force amongst pupils in the age of 13 and 16 years, moreover to investigate if misconceptions are common with these pupils. The method selected for investigation was a survey with multiple choice questions and a few questions were the pupils were asked to draw arrows in pictures to represent forces. The result is shown in diagrams and interprets that they have a low level of understanding in this subject, it also shows that misconceptions are dominant. The difference in the results between the pupils aged 13 and 16 is not significant, and therefore the conclusion can be made that the education is performed in a wrong fashion. Moreover, the results interpret that the pupils in the ninth year of compulsory education do not meet the objectives of the Swedish curriculum, where the pupils should have knowledge about pressure, energy and the build-up of matter where force plays an important part.

Keywords: Compulsory education, physics, mechanics education, force, misconceptions.

Sammanfattning Vardagsföreställningar inom fysik och i synnerhet mekanik har sedan 1900-talet första hälft hamnat i fokus i flera studier. Dessa studier har kartlagt vilka vardagsföreställningar som är förekommande. Få eller inga undersökningar har genomförts där man ställer undervisningen i fokus och hur den motverkar dessa vardagsföreställningar. Det är därför angeläget att undersöka hur skillnader ser ut mellan år sju och år nio på grundskolan. Det här arbetets syfte är att undersöka skillnaderna i förståelse för begreppet kraft mellan grundskoleelever i år sju och nio, dessutom undersöka om vardagsföreställningar är vanliga hos dessa elever. Datainsamlingsmetoden för undersökningen var en enkät med flervalsfrågor samt ett fåtal frågor där eleverna ombads rita kraftpilar i figurer. Resultaten är sammanställda och pressenteras i diagram och visar att eleverna har en låg kunskap och flera föreställningar är framträdande. Många har uppfattningen att krafter alltid verkar på kroppar som är i rörelse. Skillnaden i resultaten mellan år sju och år nio är inte betydande och slutsatsen kan därför dras att undervisningen sker på ett felaktigt sätt. Dessutom tyder resultaten på att måluppfyllelsen inte är tillräcklig för ett godkänt betyg för stora delar av eleverna i år nio, eftersom eleven enligt uppnåendemålen ska ha kunskap om tryck, energi och materiens uppbyggnad, där kraft spelar en väsentlig roll.

Nyckelord: Grundskoleelever, fysik, kraft, vardagsföreställningar.

Innehållsförteckning 1. INLEDNING ............................................................................................................................................... - 1 1.1 BAKGRUND....................................................................................................................................................- 1 1.1.1 Styrdokument ................................................................................................................................... - 1 1.1.2 Lärobokens innehåll .......................................................................................................................... - 2 1.1.3 Tidigare forskning ............................................................................................................................. - 5 1.2 SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR .........................................................................................................................- 9 2. METOD ................................................................................................................................................... - 10 2.1 DATAINSAMLINGSMETOD ...............................................................................................................................- 10 2.2 PROCEDUR ..................................................................................................................................................- 10 2.3 URVAL ........................................................................................................................................................- 10 2.4 BEARBETNING ..............................................................................................................................................- 11 2.6 TILLFÖRLITLIGHET .........................................................................................................................................- 11 3. RESULTAT ............................................................................................................................................... - 12 3.1 KRAFTER PÅ KROPPAR I VILA ............................................................................................................................- 12 Fråga 1 ..................................................................................................................................................... - 12 Fråga 2 ..................................................................................................................................................... - 13 Fråga 3c ................................................................................................................................................... - 18 Fråga 9 ..................................................................................................................................................... - 14 Fråga 10 ................................................................................................................................................... - 15 3.2 KRAFTER SOM GER UPPHOV TILL FARTÄNDRING HOS EN KROPP...............................................................................- 16 Fråga 3a ................................................................................................................................................... - 16 Fråga 3b ................................................................................................................................................... - 17 Fråga 6 ..................................................................................................................................................... - 18 Fråga 7 ..................................................................................................................................................... - 20 Fråga 8 ..................................................................................................................................................... - 21 Fråga 11 ................................................................................................................................................... - 23 Fråga 12 ................................................................................................................................................... - 24 Fråga 14 och 15 ....................................................................................................................................... - 25 3.3 KRAFTERS RIKTNING ......................................................................................................................................- 26 Fråga 5 ..................................................................................................................................................... - 26 Fråga 13 ................................................................................................................................................... - 27 3.4 RESULTATSAMMANFATTNING..........................................................................................................................- 28 4. DISKUSSION............................................................................................................................................ - 30 4.1 RESULTATDISKUSSION ....................................................................................................................................- 30 4.1.1 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafter på kroppar i vila och i konstant fart ................ - 30 4.1.2 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafter som ger upphov till fartändring hos en kropp . - 31 4.1.3 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafters riktning .......................................................... - 34 4.1.4 Sammanfattande resultatdiskussion .............................................................................................. - 34 4.2 METODDISKUSSION .......................................................................................................................................- 36 4.2.1 Tillförlitlighet .................................................................................................................................. - 36 4.2.2 Generaliserbarhet ........................................................................................................................... - 36 4.3 SLUTSATS OCH YRKESRELEVANS .......................................................................................................................- 37 -

1. Inledning Inledningskapitlet i det här arbetet innehåller en kort bakgrundsbeskrivning av hur idén till arbetet växt fram. Här finns även ett utdrag ur styrdokument som beskriver grundskoleutbildningens innehåll och en avdelning som redovisar resultat av tidigare forskning. Avslutningsvis finns arbetets syfte och frågeställningar.

1.1 Bakgrund För en blivande lärare i fysik på Karlstads universitet kommer mekanik och Newtons lagar in väldigt tidigt i utbildningen. Förståelsen för kraftbegreppet är viktig som utgångspunkt för de fortsatta studierna, eftersom mycket av den övriga fysiken har sin botten i lagarna om kraft och rörelse. Under den verksamhetsförlagda utbildningen (VFU) blev jag förvånad över att eleverna inte kunde speciellt mycket om kraft och rörelse. Vid diskussioner med ämneslärarna fick jag bilden av att de i sin undervisning inte ofta berörde kraftbegreppet. Därmed var det intressant att ta reda på elevernas kunskaper i det berörda ämnet.

1.1.1 Styrdokument I läroplanen för det obligatoriska skolväsendet (Lpo94) under Mål och riktlinjer finns beskrivet att skolan ansvarar för att varje elev efter genomgången grundskola känner till och förstår grundläggande begrepp och sammanhang bland annat inom de naturvetenskapliga och tekniska kunskapsområdena. Vidare finns uttryckt att skolan i sin undervisning i fysik ska sträva efter att eleven utvecklar kunskap om grundläggande fysikaliska begrepp inom områdena mekanik, optik, akustik, värme, elektricitetslära och magnetism samt atom- och kärnfysik. I kursplanen för fysik, som bland annat finns att hitta på Skolverkets hemsida, beskrivs att fysikämnet ska förklara naturens mångfald av fenomen med ett begränsat antal begrepp och teorier. Till dessa begrepp hör till exempel energi, rörelse och kraft.

-1-

I kursplanen för fysik står: ”Fysikämnet omfattar mekanik med akustik och vågrörelse, värmelära, optik samt elektricitetslära och magnetism med elektromagnetisk strålning. Därtill kommer astronomi, kosmologi, atom- och kärnfysik. Energi utgör ett för alla kunskapsområden gemensamt begrepp. Särskild uppmärksamhet riktas mot begrepp som kommer till användning i vardagsliv och teknik samt vid diskussion av miljö- och resursfrågor. Fysikens karaktär belyses genom dess historiska utveckling. Historien visar hur utvecklingen utgått från begrepp och förklaringar som står vardagserfarenheten nära. Under historiens gång har dessa begrepp efterhand ersatts av teoretiska begrepp och modeller. Fysikens historiska utveckling illustrerar kunskapens framväxt och utgör ett värdefullt stöd vid studierna.”

1.1.2 Lärobokens innehåll Läroboken som används på skolan där undersökningen är genomförd är Fysik LPO; Bok 1, 2 och 3 för grundskolans senare del av Paulsson m.fl. (1996, 1997 samt 1998). I böckernas förord framkommer att de är omarbetade från en tidigare version för att vara anpassade till den nya läroplanen. Gemensamt för alla tre böckerna är att de är indelade i kapitel med ämnesområden som inleds med en faktadel åtföljd av en samling laborationer och slutligen ett antal studieuppgifter i tre olika svårighetsgrader. Kapitel som är relevanta för det här arbetet kommer att presenteras i en litteraturstudie.

Bok 1, Krafter s. 23 – 39 Paulsson m.fl. (1996) inleder med att ge exempel på händelser där krafter används för att ge en önskad verkan, som att trycka in ett häftstift eller driva fram fordon. Boken ger även exempel då muskelkraft används för att lyfta eller flytta en låda över ett golv. Slutligen nämns att kraft kan ändra föremåls fart och rörelseriktning. Begreppet tyngd, tyngdkraft och massa tas upp och exempel på skillnader och likheter förklaras. Tyngdkraftens riktning visas i en figur och en förklaring på att krafter kan representeras av pilar som visar kraftens storlek och riktning i figurer ges. Ett kort avsnitt finns om krafter som samverkar och motverkar varandra och hur dessa kan visas med kraftpilar vars längd läggs samman eller dras ifrån varandra, för att ge en ersättande resulterande kraft.

-2-

Glidfriktion, rullfriktion, luft- och vätskemotstånd får en genomgång efter en avdelning med tyngdpunktsbestämning men även stödyta, hävstångslagen och vridmoment tas upp. Friktionskraften beskrivs bero av föremålets tyngd. Kapitlet avslutas med friktionens olika följder, som friktionsvärme, ökad och minskad friktion, vattenplaning och friktion som framdrivande kraft exempelvis vid gång.

Bok 1, Tid och rörelse s. 40 – 49 I det här kapitlet ger Paulsson m.fl. (1996) en kort beskrivning av likformig rörelse när ett tåg kör med samma fart hela tiden på ett alldeles rakt spår. Om tåget ändrar farten eller kommer in i en kurva beskrivs rörelsen inte längre som likformig. Acceleration beskrivs genom att samma tåg får starta på en station från farten noll och när tågets fart ökar kallar Paulsson m.fl. rörelsen accelererad. Författarna nämner även att när tåget bromsas kallas rörelsen retarderad. Tröghet förklaras i citatet nedan. ”Enligt fysikens lagar måste det till en kraft för att sätta föremål i rörelse. Detta verkar ju ganska självklart. Det är kanske svårare att förstå att föremålet sedan fortsätter i samma riktning och med samma hastighet utan hjälp av någon kraft. I praktiken avstannar rörelsen efter en stund, men inte av sig själv! Föremålet stannar därför att det utsätts för bromsande krafter som orsakas av luftmotstånd och friktion.” (Paulsson m.fl. 1996 s. 42)

Galileis försök med fallande kroppar som visade att alla föremål faller lika fort om de inte påverkas av något luftmotstånd förklaras i en jämförelse mellan två rör som vardera innehåller en kula och en fjäder från en fågel. I texten beskrivs hur luften pumpas ut ur det ena röret och rören vänds. Accelerationen för fjädern och kulan blir således lika i det rör där luften pumpas ut medan det blir en skillnad i acceleration i röret där normalt lufttryck finns. Skillnaden i acceleration förklaras genom att fjädern bromsas av luftmotståndet. Försöket leder vidare in på ett resonemang om fallskärmshoppning där luftmotståndets bromsande verkan utnyttjas. Det beskrivs att några sekunder efter det att skärmen

-3-

utvecklats blir farten konstant eftersom den bromsande kraften då är lika stor som jordens dragningskraft.

Bok 2, Arbete – Energi – Effekt s. 2 – 15 Ett kort avsnitt beskriver mekaniskt arbete. Paulsson m.fl. (1997) beskriver i lärobokstexten att arbete i fysikens mening är när en kraft får ett föremål att ändra läge. De påpekar skillnaden för arbete i vardaglig mening och mekaniskt arbete. En formel i ord beskriver hur arbete beräknas som den kraft som åtgår för att flytta föremålet multiplicerat med sträckan som föremålet förflyttas.

Bok 3, Mekanik s. 4 – 24 Paulsson m.fl. (1998) inleder bok 3 med ett mekanikkapitel som repeterar kraftsammansättning, där krafter som verkar på ett föremål kan sättas samman för att ge en resulterande kraft. Författarna visar även hur kraftparallellogram och uppdelning av krafter kan användas för att förenkla beräkningar. I figurer som hör till nyss nämnda metoder görs ingen skillnad på krafter och resulterande krafter (fysikalisk felaktighet), inte heller syns någon skillnad på komposanter vid uppdelningen av en kraft. Kapitlet fortsätter med genomgång av reaktionskraft och kommer in på sammansatt rörelse. I den här avdelningen beskriver författarna att även hastigheter kan ritas med pilar där storlek och riktning kan utryckas. En figur med likadana pilar som används i figurerna med krafter finns för att beskriva detta. Fritt fall och kaströrelse jämförs och skillnader och likheter mellan dessa belyses. Här släpps en kula från ett högt hus och en annan kula kastas från samma hus. Farten i horisontell riktning för den kastade kulan beskrivs vara konstant medan båda kulorna accelererar i vertikal riktning.

-4-

1.1.3 Tidigare forskning Som utgångspunkt i det här stycket underlättar det för läsaren att ha Newtons lagar framför sig. 1. Varje kropp förblir i vila eller rörelse med konstant fart längs en rät linje om den inte genom inverkan av krafter tvingas ändra sitt rörelsetillstånd. r r 2. F = m ⋅ a [Närhelst en kraft verkar på en kropp med en massa, resulterar detta i att kroppen genomgår en hastighetsändring. Författarens formulering.] 3. Om en kropp påverkar en annan med en given kraft, återverkar den senare kroppen på den förra med en lika stor men motsatt riktad kraft. (Björn Andersson 2003, s. 5). Forskning på förståelse för kraft inom mekanik har bedrivits av flera forskare. Många är beroende av varandra och presenterar varandras resultat eller bygger vidare på de andras resultat. En av dessa är Jean Piaget som var utvecklingsforskare och pedagog. Han publicerade flertalet betydande texter från 1920 och framåt som har haft stor betydelse för undervisning och pedagogik, inte minst inom mekanik (www.NE.se). Piaget menar att barnets föreställningar om kraft och rörelse kommer från de erfarenheter som det skaffar sig redan när det börjar röra på sig vid späd ålder. Barnets associationer till rörelse är kopplat till liv; när något rör sig är det levande. Piaget menar även att barn har uppfattningen att anledningen till rörelse skulle vara för att uppfylla ett syfte, som att solen rör sig över himmelen för att lysa på oss (Piaget, 1999, s.114 – 118). Modernare forskning visar att dessa föreställningar inte enbart förekommer hos barn utan även högre upp i åldrarna, inte minst bland studenter (Sjøberg, 2005, s.304). Föreställningar om att fart och kraft är proportionella och att rörelsens riktning alltid är samma som kraftens riktning är också vanliga; en stor kraft skulle medföra att farten blir hög. Denna vardagsföreställning finner stöd i erfarenheter från vardagslivet, där en stor motor i en bil medför att man kan framföra den i hög fart. På samma sätt finns föreställningar om att ett föremål skulle stanna när den resulterande kraften på föremålet i rörelse blir noll, som om en bil skulle stanna då motorn stängs av under färd (Sjøberg, 2005, s.305).

-5-

Kibble (2006) menar i sin artikel att abstraktionsförmåga krävs för att kunna tolka vardagssituationer med ett korrekt fysikalisk förhållningssätt. För en fysiker kan en tänkt kraftpil sättas på varje föremål med massa på jorden, riktad mot jordens centrum, en abstraktion som inte är lätt för en nybörjare. Med en ökad kunskapsnivå inses att kroppar i jämvikt på jorden kräver minst två krafter, eftersom minst en kraft måste motverka dragkraften från jorden. I undervisningssituationer, när till exempel en massa är upphängd i en tråd, visar det sig ofta att elever inte har något större problem med att identifiera denna uppåtriktade kraft. Däremot om kraften kommer från en yta som ett föremål vilar på, blir utmaningen större. Förståelse för detta kan erhållas genom att öva på att rita friläggningsdiagram, som är en modell för att förenkla den verkliga världen. Detta är lämpligt för både Newtons första och tredje lag. Vid exempel på Newtons första lag är det lämpligt att bara en kropp friläggs och alla inblandade krafter ritas ut på denna. Vid exempel på Newtons tredje lag är det viktigt att uppmärksamma skillnaden i jämvikt eftersom kroppar verkar på varandra med krafter och mot varje kraft finns en lika stor motriktad kraft. Betydligt fler krafter blir nu inblandade eftersom ett enormt samverkande system av krafter och motkrafter framträder. Nedan illustreras exempel på Newtons första och tredje lag med en kaffemugg på ett bord. Den högra figuren är inte komplett med alla inblandade krafter utan bara två isolerade reaktionskrafter.

(a) En kaffemugg på ett bord.

(b) Krafter i jämvikt på ett enskilt föremål i vila: Newtons första lag

(c) Reaktionskrafter: Bordet verkar tillbaka på muggen med en lika stor kraft som muggen verkar på bordet fast motriktad: Newtons tredje lag

Figur 1: Exempel på friläggningsdiagram enligt Newtons första lag (b) och isolerade reaktionskrafter enligt Newtons tredje lag (c) på samma situation. Observera att den nedåtriktade kraften i båda figurerna är den samma.

-6-

Kibble menar vidare att en vanlig vardagsföreställning är att konstant rörelse längs en rät linje ofta är associerad med en pådrivande kraft i rörelseriktningen, vilken verkar på föremålet i rörelse. En möjlig förklaring till detta skulle vara det vardagliga språket. Det är uppenbart för eleven att en sådan rörelse kommer att stanna upp och man förklarar det med en förlust av något slag. Ofta blir förklaringen att föremålet förlorat kraft, eller att kraften har minskat. Men detta blir fysikaliskt fel eftersom det i själva verket är friktionskrafter, som uträttar ett arbete, som bromsar rörelsen och får farten att minska. Kraften är alltså riktad åt andra hållet och den förlust som eleven ser är en förlust i rörelsemängd eller minskad rörelseenergi. Språket och bruket av ord som kraft i missvisande, vardagliga sammanhang är enligt Kibble en orsak till missförstånden och vardagsföreställningarna inom fysiken. På samma sätt är abstrakta generaliseringar, som partiklar utan volym och masslösa trådar, lika svåra att begripa som friktionslösa världar, för den som inte har tränat på att abstrahera och generalisera.

Projektet NORDLAB-SE NORDLAB är ett pedagogiskt forskningsprojekt inom naturorienterande undervisning som bedrivs genom samarbete mellan de fem nordiska länderna. Den svenska delen är inriktad på elevtänkande och undervisning inom naturvetenskap. Nedan följer en presentation av NORDLAB-SE:s ämnesdidaktiska skrift nummer 3. Projektet syftade till att presentera den senaste forskningen angående vanligt förekommande vardagsföreställningar inom naturvetenskapliga företeelser. Detta har gjorts genom 23 mindre enheter, där ett par utav dessa bearbetar grundläggande mekanik. Samtliga enheter i NORDLAB-SE:s projekt bygger på förståelse för fenomen och företeelser för samtliga naturvetenskapliga ämnen. NORDLAB-SE har även delat upp projektet i tre teman, där ett av dessa behandlar naturvetenskapens innehåll. Detta tema är uppbyggt för att granska elevernas möjligheter att förstå skolkursernas undervisningsinnehåll. I NORDLAB-SE:s enhet för mekanik inleds med att framhäva vikten av förståelse för Newtons lagar, då det är dessa lagar som utgör plattformen för mekanik och klassisk fysik över huvud taget. Enligt en mängd forskningsresultat har elever svårt att ta till sig Newtons mekanik då de ska förklara vardagliga företeelser. NORDLAB-SE:s enhet för mekanik belyser

-7-

skillnader mellan elevernas vardagliga förklaringar inom mekanik och newtonskt förhållningssätt till mekanik. NORDLAB-SE:s projekt Mekanik 1 visar att elever kopplar ihop rörelse längst en rät linje med en verksam kraft. Det vill säga att om ett föremål rör sig åt något håll, är det vanligt elever anser att det måste finnas en kraft som verkar på föremålet i rörelseriktningen. Denna upplevelse av krafter är mycket likt det synsätt Aristoteles hade i antikens grekland, enligt NORDLAB-SE. Aristoteles menade att om en kropp rör sig med farten v så påverkas den av en kraft F. Ju högre fart desto större kraft, v ~ F. Anledningen till att elever ofta har den förklaringsmetoden är, enligt NORDLAB-SE, att de troligtvis utgår från sina upplevelser om hur det känns när de går, springer, skjuter eller drar. De behöver ta i för att verkställa dessa handlingar. Upplevelserna av att ta i är så framträdande att de inte tänker på att det är friktion som motverkar rörelsen och att deras pådrivande kraft vid konstant fart är lika stor som friktionskraften. NORDLAB-SE nämner en uppgift som gavs till omkring 50 collegestudenter i USA, där de skulle rita en kulas bana då den rullar på ett bord och faller över kanten. Av studien framkom att en stor del av svaren på uppgiften som studenterna gav är mycket lika en teori som kallas impetusteorin som framlades av Jean Buridan på 1300-talet, som strider mot Newtons första och andra lag. Impetusteorin menar att ett föremål i rörelse påverkas av en förflyttare, en så kallad impetus. På grund av luftens motstånd och gravitationen försvagas denna impetus. Tillslut kommer impetus vara helt borta och gravitationen tar över, föremålet dras då rakt neråt till sin naturliga plats.

v

v

Figur 2: Kurvorna illustrerar två exempel av kulans bana efter att den fallit över bordskanten. Till vänster enligt teorin om impetus som försvagas och tar slut. Till höger faller kulan i en kastparabel där farten i rörelseriktningen fortsätter att vara konstant medan en acceleration samtidigt sker nedåt på grund av gravitationen, enligt Newtons första och andra lag.

-8-

1.2 Syfte och frågeställningar Syftet med arbetet är att undersöka hur kunskaperna om begreppet kraft ser ut bland elever i grundskolans senare år och dessutom undersöka om vardagsföreställningar förekommer om Newtons lagar och om dessa överlever grundskolan. För att besvara detta har fyra frågor konstruerats:

•

Vilken förståelse för Newtons lagar har elever i år sju?

•

Vilken förståelse för Newtons lagar har elever i år nio?

•

Är vardagsföreställningar vanliga förekommer om Newtons lagar, bland elever i tidigare nämnda ålder?

-9-

2. Metod Under detta avsnitt presenteras metoden för undersökningen under rubrikerna datainsamlingsmetod, procedur, urval, bearbetning och tillförlitlighet.

2.1 Datainsamlingsmetod Eftersom syftet med undersökningen är att ta reda på elevers kunskaper inom Newtons mekanik, bedömdes en enkät, huvudsakligen med flervalsfrågor, vara en bra metod för att samla in data som kan besvara frågeställningarna. Detta är en bra metod för att få en bred bild av elevernas kunskaper (Johansson & Svedner, 2001, s. 31). Konstruktionen och valet av frågor till enkäten inspirerades till viss del av Björn Anderssons rapport (2003), där många frågor med adekvat samband till denna undersökning finns. Dessutom diskuterades frågorna med handeldaren till arbetet, Per-Eric Åhlén. Enkäten som användes vid undersökningen (bilaga 1) omfattade fyra dubbelsidiga A4-ark med totalt 15 frågor. Försättsbladet informerar deltagaren om att forskningsetiska förfaranden kommer att beaktas, genom att enkäten endast kommer att användas i samband med undersökningen och kommer att förstöras efter att sammanställningen av resultatet är färdigt.

2.2 Procedur En rektor för en skola kontaktades per telefon med en förfrågan om huruvida det fanns möjlighet att genomföra en enkätundersökning på ett antal elever i år sju och nio. Efter detta besöktes skolan och rektorn granskade enkäten och godkände den. Ett antal lärare som undervisar i naturorienterande ämnen kontaktades personligen, för att få deras godkännande att disponera tid för att genomföra undersökningen. Enkäten besvarades under en vecka i början av vårterminen, för att ordinarie undervisning skulle påverkas så lite som möjligt.

2.3 Urval Av syftet framgår att arbetet och frågeställningarna ska undersöka kunskaperna i år sju och nio i grundskolan. Som plats för undersökningen valdes en medelstor skola i västra Sverige. Av yttre omständigheter begränsades antalet besvarade enkäter till 21 stycken i år sju och 63 stycken i år nio. Att antalet besvarade enkäter i år sju är så mycket lägre än antalet i år nio - 10 -

beror på att endast en undervisande lärare på den kontaktade skolan hade möjlighet att släppa till undervisningstid för genomförandet av undersökningen i den berörda åldersgruppen.

2.4 Bearbetning Enkäten samlades in och resultatet sammanställdes på så sätt att svaren från respektive fråga sammanfördes i en frekvenstabell med avseende på årskurs. Tabellerna användes för att konstruera diagram för att ge en visuell bild av resultatet.

2.6 Tillförlitlighet För att öka undersökningens tillförlitlighet har ett antal åtgärder vidtagits. Varken elever, lärare eller vårdnadshavare har informerats om undersökningens egentliga syfte, utan eventuell förfrågan har endast besvarats med att undersökningen berör ett ämne i fysik som omnämns i kursplanen. Enkäten har samlats in personligen för att inte lösa exemplar skulle komma i cirkulation bland eleverna, eftersom genomförandet blev förlagt till flera dagar av schematekniska skäl. Faktorer som väger emot undersökningen är att antalet besvarade enkäter är ganska litet och endast kommer från en skola. Det medför att resultatet inte är statistiskt säkerställt över hela Sverige. Läsaren bör därför ha detta i åtanke då resultatet genomläses.

- 11 -

3. Resultat Den här avdelningen delger resultatet från enkätundersökningen, vilket redovisas i diagram med relativ frekvens. Resultatdelen är indelad i fyra underavdelningar, tre avdelningar som håller samman resultatet i kategorier och en fjärde avdelning som är en resultatsammanfattning.

3.1 Krafter på kroppar i vila Denna rubrik innefattar elevsvar på frågor från enkäten, där krafter som påverkar kroppar i vila. Svaren är från frågor som utformats så att eleven ska svara med givna alternativ. För att resultatet ska bli lättare att tolka har figurerna från enkäten lagts i samband med diagrammen

Fråga 1 Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar boken när den ligger på ett plant, horisontellt bord, den ligger helt stilla?

Figur 3: Alternativ från fråga 1

Det korrekta svaret är alternativ b, eftersom boken ligger på bordet i vila kommer kraftresultanten att vara noll. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 1: Resultat från fråga 1). 100% 80% 50%

60% 40% 14% 14%

20%

56%

21%

14% 3%

0%

0% 3%

5% 0%

e

f

14% 3%

0% a

b

c

d ÅK 7

ÅK 9

Diagram 1: Resultat från fråga 1

- 12 -

g

Fråga 2 Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den hänger i ett snöre.

Figur 4: Alternativ från fråga 2

Det korrekta svaret är alternativ d, eftersom kulan förutsätts hänga i vila kommer kraftresultanten att vara noll. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 2: Resultat från fråga 2). 100% 80% 60% 60% 41% 40% 23%

22% 20%

14% 5%

0%

10%

5% 6%

9%

2%

0% a

b

c ÅK 7

d ÅK 9

Diagram 2: Resultat från fråga 2

- 13 -

e

f

Fråga 9 En fallskärmshoppare faller med konstant hastighet rakt ner. Vilka krafter verkar på hopparen?

(A) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen. T är större än K.

(B) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen. T är lika stor som K.

(D) Bara kraften K från fallskärmen verkar på hopparen.

(C) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen.

Figur 5: Alternativ från fråga 9

Det korrekta svaret är alternativ b, eftersom fallskärmshopparen faller med konstant hastighet rakt ner. Hastigheten förändras inte, alltså är summan av alla krafter som verkar på hopparen noll. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 3: Resultat från fråga 9).

100% 80% 60%

51%

45%

40%

27% 14%

20%

18%

15%

15%

14%

0% a

b

c ÅK 7

ÅK 9

Diagram 3: Resultat från fråga 9

- 14 -

d

Fråga 10 Vilket av följande alternativ förklarar bäst ditt svar i förra frågan? Ringa in ditt svar A, B, C eller D. a. Eftersom hopparen är tyngdlös under själva fallet verkar inte tyngdkraften T.

b. För att hopparen ska komma nedåt måste T vara större än K. Om T blir lika stor som K så skulle hopparen stanna i luften.

c. Om hopparen rör sig med konstant hastighet så måste K och T vara lika stora.

d. På grund av att fallskärmen är så pass stor blir kraften K större än T.

Det korrekta svaret är alternativ c. Fråga 9 och 10 är kopplade till varandra för att få en tydligare förståelse om hur eleverna tänkt. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 4: Resultat från fråga 10).

100% 80% 57%

60%

45% 36%

40% 20%

10%

5%

17%

13%

9%

5%

3%

0% a

b

c ÅK 7

d

ÅK 9

Diagram 4: Resultat från fråga 10

- 15 -

Ej svar

3.2 Krafter som ger upphov till fartändring hos en kropp Denna rubrik innefattar elevsvar på frågor från enkäten, där krafter som ger upphov till en fartändring hos en kropp. Svaren är från frågor som utformats så att eleven ska svara med givna alternativ. För att resultatet ska bli lättare att tolka har figurerna från enkäten lagts i samband med diagrammen.

Fråga 3a Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan just när den släppts från tornet?

Figur 6: Alternativ från fråga 3a

Det korrekta svaret är alternativ c, eftersom farten på kulan då den just släpps är liten och därmed behövs ingen hänsyn tagas till luftmotståndet, därför kommer jordens dragningskraft på kulans massa vara den enda kraften som verkar på kulan. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 5: Resultat från fråga 3a).

100% 80% 60% 40%

41% 38%

32% 33% 17%

20%

9%

3%

0%

9% 6%

5% 2%

0% a

b

c ÅK 7

d ÅK 9

Diagram 5: Resultat från fråga 3a

- 16 -

e

f

Fråga 3b Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den har fallit ett tag, men dess hastighet fortsätter att öka?

Figur 7: Alternativ från fråga 3b

Det korrekta svaret är alternativ a, eftersom kulan fallit ett tag och farten ännu ökar kommer jordens dragningskraft vara större än luftmotståndet. Hänsyn bör ändå tagas till luftmotståndet. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 6: Resultat från fråga 3b).

100% 80% 60% 41% 41% 32%

40% 20%

18%

18%

14% 14%

8%

5% 3%

0% 2%

0% a

b

c ÅK 7

d ÅK 9

Diagram 6: Resultat från fråga 3b

- 17 -

e

f

Fråga 3c Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den har fallit länge och faller med konstant hastighet.

Figur 8: Altertativ från fråga 3c

Det korrekta svaret är alternativ b, eftersom kulan faller med konstant hastighet rakt ner. Hastigheten förändras inte, alltså är summan av alla krafter som verkar på kulan noll. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 7: Resultat från fråga 3c). 100% 80% 55%

60% 32%

40% 20%

9% 10%

33%

9%

17%

14%

9%

5%

3%

5%

0% a

b

c ÅK 7

d ÅK 9

Diagram 7: Resultat från fråga 3c

- 18 -

e

f

Fråga 6 En cyklist cyklar på en plan väg, vilken bild visar kraften som får cykelns hastighet att öka?

Figur 9: Alternativ från fråga 6

Det korrekta svaret är alternativ b, eftersom kraften som får cykelns hastighet att öka är friktionen mot underlaget. Kraften måste vara riktad i samma rikting som fartändringen sker. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 8: Resultat från fråga 6).

100% 77%

80%

70%

60% 40% 22% 20%

14%

9%

6%

2%

0%

0% a

b

c ÅK 7

ÅK 9

Diagram 8: Resultat från fråga 6

- 19 -

d

Fråga 7 En cyklist cyklar på en plan väg, vilken bild visar kraften som får cykelns hastighet att minska?

Figur 10: Alternativ från fråga 7

Det korrekta svaren är alternativ a och c, eftersom krafterna som får cykelns hastighet att minska är friktionen mot underlaget och/eller luftmotståndet. Kraften måste vara riktad i den riktingen som fartändringen sker. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 9: Resultat från fråga 7).

100% 80%

77%

70%

60% 40%

24%

20%

9%

9%

6%

5%

0%

0% a

b

c ÅK 7

ÅK 9

Diagram 9: Resultat från fråga 7

- 20 -

d

Fråga 8 Här sammanfattas resultatet från fråga 8, från tabell i Bilaga 2: Fråga 8. Observera att den relativa frekvensen som redovisas i diagram 10 till 14 bygger på hur många av eleverna som svarade med ett svar som gick att passa in i kategorierna som visas i diagrammet. De svaren som inte passade i kategorierna redovisas i kategorin ”Icke relevant svar”. Diagrammet nedan (Diagram 10) visar den relativa frekvensen för år sju och år nio för de vanligaste benämningarna på krafter då de skulle ge namn åt en kraft som får en cykels hastighet att öka. 100% 76%

80% 60%

45%

40% 20%

20%

16%

14% 0%

9%

0%

0%

4%

10%

5%

0% Inget svar el. Acceleration (?)

Friktion

Gravitation

ÅK 7

Fart/fartkraft Icke relevant svar

ÅK 9

Diagram 10: Vanligaste benämningar av kraft som får en cykel att öka hastighet.

Diagrammet nedan (Diagram 11) visar den relativa frekvensen för år sju och år nio för de vanligaste benämningarna på krafter då eleverna skulle ge namn åt en kraft som får en kula att falla till marken. 100% 80% 52%

60% 31%

40% 20%

10% 13%

22%

10%

10%

31% 19% 4%

0% Inget svar el. Dragkraft/ (?) dragningskraft

Gravitation

ÅK 7

Tyngdkraft

Icke relevant svar

ÅK 9

Diagram 11: Vanligaste benämningar av kraft som får en kula att falla till marken

- 21 -

Diagrammet nedan (Diagram 12) visar den relativa frekvensen för år sju och år nio för de vanligaste benämningarna på krafter då eleverna skulle ge namn åt en kraft som får en bok att ligga kvar på ett bord. (* Alla svar som innehöll tyngd samlades till denna kategori, Tyngdkraft, Tyngdlag osv.) 100% 80% 60%

48%

40%

29% 20%

20%

18% 10%

5%

5%

0%

10%

31% 15%

11%

0% Inget svar el. (?) Dragningskraft

Friktion/ friktionskraft ÅK 7

Gravitation

Tyngd*

Icke relevant svar

ÅK 9

Diagram 12: Vanligaste benämningar av kraft som får en bok att ligga kvar på ett bord

Diagrammet nedan (Diagram 13) visar den relativa frekvensen för år sju och år nio för de vanligaste benämningarna på krafter då eleverna skulle ge namn åt en kraft som får månen att rotera runt jorden. 100% 80% 57%

60% 38%

40%

31%

19% 20%

14%

10%

16%

15%

0% Inget svar el. (?)

Dragningskraft ÅK 7

Gravitation

Icke relevant svar

ÅK 9

Diagram 13: Vanligaste benämningar av kraft som får månen att rotera runt jorden

- 22 -

Fråga 11 En hockeypuck glider på isen. Puckens hastighet minskar hela tiden, och till slut stannar den. Vad gäller om de horisontella krafterna som verkar på pucken?

(B) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är lika stor som F.

(A) Bara friktionskraften F som utövas av isen verkar på pucken.

(C) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är större än F.

(E) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är mindre än F.

(D) Bara en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. Denna kraft minskar hela tiden för att tillslut bli noll och då stannar pucken.

Figur 11: Alternativ från fråga 11

Det korrekta svaret är alternativ a. Puckens hastighet kommer från ett slag med en klubba eller liknande och pucken inte längre påverkas av någon kraft som verkar i rörelseriktningen efter tillsalget, verkar bara friktionskraften mot underlaget vilket kommer leda till att pucken tillslut stannar. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 14: Resultat från fråga 11).

100% 80% 60% 32% 35%

40% 20%

29%

23%

18%

14% 14%

13%

10%

14%

0% a

b

c ÅK 7

d

ÅK 9

Diagram 14: Resultat från fråga 11

- 23 -

e

Fråga 12 Vilket av följande alternativ förklarar på bäst ditt var i förra uppgiften? Ringa in ditt svar A, B, C eller D. a. Eftersom pucken rör sig måste den påverkas med en kraft i samma riktning som rörelseriktningen. Men denna kraft blir mindre och mindre eftersom pucken saktar in. Friktion på is är försumbar.

b. Om ett föremål rör sig längs en rät linje, så är den resulterande kraften noll.

c. Eftersom pucken saktar in måste den påverkas av en resulterande kraft som är riktad åt motsatt håll mot rörelseriktningen.

d. Eftersom pucken rör sig måste kraften i rörelsens riktning vara större än friktionskraften.

Det korrekta svaret är alternativ c. Fråga 11 och 12 är kopplade till varandra för att få en tydligare förståelse om hur eleverna tänkt. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 15: Resultat från fråga 12).

100% 80% 60%

50%

40%

29%

23%

35%

27% 18%

20%

5%

5%

3%

6%

0% a

b

c ÅK 7

d

ÅK 9

Diagram 15: Resultat från fråga 12

- 24 -

Ej svar

Fråga 14 och 15 En fågel flyger i konstant fart, rakt fram som framgår av bilden. I näbben har den en kula som den tappar. Vilken bana kommer kulan att följa?

a.

Kulan följer och landar enligt bana A

b.

Kulan följer och landar enligt bana B

c.

Kulan följer och landar enligt bana C

Figur 12: Alternativ från fråga 14

Det korrekta svaret är alternativ c, eftersom kulan efter den släppts från näbben fortfarande har rörelsemängd kommer den röra sig med samma fart och i samma riktning som fågeln, förutsatt att fågeln inte ändrar sin fart eller riktning efter den släppt kulan. Resultaten som framkom redovisas i ett diagram som visar en sammanställning av elevernas svar (Diagram 16: Resultat från fråga 14). 100% 80% 59% 60%

46%

40%

30%

23%

22%

20%

18% 0%

2%

0% a

b

c ÅK 7

Ej svar

ÅK 9

Diagram 16: Resultat från fråga 14

Motivering till svaret som på fråga 14 redovisas i Bilaga 3: Fråga 15, kategoriserat efter årskurs och givet svarsalternativ på fråga 14

- 25 -

3.3 Krafters riktning Denna rubrik innefattar elevsvar på frågor från enkäten, där krafter ska ritas in i en figur. För att resultatet ska bli lättare att tolka har figurerna från enkäten lagts i samband med diagrammen.

Fråga 5 Genom att rita ut kraftpilar ska du visa hur tyngdkraften är riktad på personerna som står på jorden. (Observera att personernas storlek är kraftigt överdriven.)

Figur 13: Illustration från fråga 5

Nedan visas en sammanställning av elevernas svar i form av ett diagram (Diagram 17: Resultat från fråga 5). Rätt har bedömts i de fall då eleven ritat kraftpilar mot jordens mittpunkt.

100%

86% 75%

80% 60% 40%

14%

20%

16%

10% 0%

0% Rätt

Fel ÅK 7

Ej svar

ÅK 9

Diagram 17: Resultat från fråga 5

- 26 -

Fråga 13 En sten som kastas i en bana, som visas i bilden nedan, påverkas av krafter. Rita ut dessa som kraftpilar. OBS! Bortse från luftmotståndet!

Figur 14: Illustration från fråga 13

Nedan visas en sammanställning av elevernas svar i form av ett diagram. Då ett föremål kastas i en bana likt den i Figur 13 och det lämnat handen påverkas föremålet endast av jordens dragningskraft och i viss mån luften. Eftersom eleverna skulle bortse från luftmotståndet är det bara en kraft som ska ritas ut i varje punkt, den ska vara riktad rakt ner mot jordens centrum och vara lika stor på alla ställen, i Diagram 18: Resultat från fråga 13 kallas de svaren Fg. Flertalet elever har ritat ut krafter i föremålets rörelseriktning, som framgår av samma diagram. Till kategorin ”Annat” räknas de svar som elever ritat men inte kan inräknas i de tidigare kategorierna.

100% 80% 60% 41% 40%

27%

22%

21%

13%

20%

23%

29% 9%

16%

0% 0% Fg

Frörelse och Fg

Frörelse

ÅK 7

Annat

ÅK 9

Diagram 18: Resultat från fråga 13

- 27 -

Ej svar

3.4 Resultatsammanfattning För att sammanfatta resultaten från undersökningen har ett diagram med relativ frekvens för rätt svar gjorts för frågor som berör kroppar i vila (Diagram 19: Rätta svar, från frågor som berör krafter på kroppar i vila). Det samma gäller även för frågor som berör krafter som ger en hastighetsförändring hos en kropp (Diagram 20) samt frågor där elever ska rita krafter i en figur (Diagram 21). Tolkning av dessa tre diagram kommer att göras i kapitel 4 Diskussion. 100% 80% 60% 32%

40% 20%

14%

21%

23% 10%

14% 16%

9%

9%

13%

0% Fråga 1

Fråga 2

Fråga 3c ÅK 7

Fråga 9

Fråga 10

ÅK 9

Diagram 19: Rätta svar, från frågor som berör krafter på kroppar i vila

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

77%

77% 70%

70% 50%

41% 38%

32%

46% 27%

18%

18%

18% 10%

Fråga 3a

Fråga 3b

Fråga 6

Fråga 7 ÅK 7

Fråga 11

Fråga 12

Fråga 14

ÅK 9

Diagram 20: Rätta svar från frågor som berör krafter som ger upphov till en hastighetsändring hos en kropp

- 28 -

100%

86% 75%

80% 60% 40%

13%

20% 0% 0% Fråga 5

Fråga 13 ÅK 7

ÅK 9

Diagram 21: Rätta svar från frågor där elever ska visa krafters riktning 100% 80% 55%

60% 41%

38%

40%

41%

41% 33%

20% 0% 3a

3b ÅK7

3c

ÅK 9

Diagram 22: Jämförelse av svar från fråga 3a, 3b och 3c, där eleven valt att svara med alternativ c; där endast jordens dragningskraft är utritad.

100% 80% 60% 41%

38%

40%

32%

32%

18%

20%

9%

0% 3a

3b ÅK7

3c

ÅK 9

Diagram 23: Jämförelse av rätt svar för fråga 3a, 3b och 3c mellan elever i år sju och år nio.

- 29 -

4. Diskussion I avsnittet kommer först en resultatdiskussion där undersökningens syfte och frågeställningar knyts ihop med tidigare forskning och resultatet från undersökningen. Vidare följer en metoddiskussion där metodens tillförlitlighet, validitet och generaliserbarhet diskuteras. Avslutningsvis formuleras slutsats och yrkesrelevans.

4.1 Resultatdiskussion Den här avdelningen kommer att innehålla en diskussion kring resultatet från enkätundersökningen och resultat från tidigare forskning. Resultatdiskussionen är indelad i tre avdelningar, som håller samman resultatet i samma kategorier som resultatet är uppdelat i, så att läsaren lätt kan följa med i diskussionen.

4.1.1 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafter på kroppar i vila och i konstant fart Något som är framträdande av resultatet är att förståelsen för Newtons första och andra lag inte är självklar. Kroppar i konstant fart eller i vila kopplas inte samman med att kraftresultanten måste vara noll. Om en kraftresultant verkar på kroppen skulle detta leda till att kroppen genomgår en acceleration i den riktning som kraftresultanten verkar, enligt Newtons andra lag. Vid frågor om kroppar som befinner sig stilla i vila, har många svarande uppgett att de endast identifierar att jordens dragningskraft är verksam på kroppen, oavsett om det är en bok som ligger på ett bord (50 % i år sju och 56 % i år nio) eller om det är en kula som hänger i ett snöre (41 % i år sju och hela 60 % i år nio). Detta kan framläsas i resultaten från fråga 1 och fråga 2 (Diagram 1: Resultat från fråga 1 och Diagram 2: Resultat från fråga 2). Enligt Kibble (2006) är det vanligare att elever identifierar en kraft i snöret som håller kulan uppe än en normalkraft från ett bord som håller en bok uppe. I resultatet från den här undersökningen var det 51 % som identifierade en uppåtriktad kraft från snöret på kulan och 19 % som identifierade en uppåtriktad kraft från bordet på boken i år sju. I år nio identifierade 40 % en kraft från snöret och 38 % en kraft från bordet. Dessa siffror har erhållits genom att slå samman alla svar med uppåtriktade krafter oavsett vilken storlek dessa krafter har. Skillnaden är alltså obetydlig i år nio medan en större skillnad finns i år sju. I läroboken Fysik LPO bok 1 (Paulsson m.fl. 1996) finns ett resonemang om en fallskärmshoppare där luftmotståndets bromsande verkan utnyttjas. Fallskärmshopparen kommer - 30 -

efter ett tag att falla med konstant fart, eftersom kraften från luftmotståndet på fallskärmen kommer att vara lika stort som tyngdkraften på hopparen. På fråga 9 ombads eleverna att besvara frågan om vilka krafter som verkar på hopparen när den faller med konstant fart. Nära hälften (45 % i år sju och 51 % i år nio, Diagram 3: Resultat från fråga 9) upplevde att kraften från fallskärmen skulle vara mindre än tyngdkraften. På fråga 10 skulle eleverna välja det alternativ som bäst motiverar varför de valt det alternativ de valt på frågan om vilka krafter som verkar på fallskärmshopparen. Det vanligaste svaret är alternativ b. ” För att hopparen ska komma nedåt måste T vara större än K. Om T blir lika stor som K kommer hopparen stanna i luften”. (Alternativ b, fråga 10) Detta svar gav 45 % av eleverna i år sju och hela 57 % av eleverna i år nio (Diagram 4: Resultat från fråga 10). Här har många elevers resonemang gått ifrån teorin som boken lär ut Istället verkar de ha en uppfattning om att rörelse längs en rät linje paras samman med en verksam kraft, v ~ F. Det här resultatet, som är ett resonemang som kommer från Aristoteles, fick redan Piaget i sina undersökningar under 1900-talets första hälft. Även Kibble och NORDLAB-SE menar att detta är en vanlig föreställning. Paulsson m.fl. (1996) har beskrivit hur en kraft krävs för att sätta ett föremål i rörelse. De beskriver också att rörelsen kommer att fortsätta i samma riktning utan att kraften fortsätter att verka. Detta är ett försök att sätta ord på Newtons första lag, men resultatet i undersökningen visar att många elever inte lär sig att resonera utifrån denna lag.

4.1.2 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafter som ger upphov till fartändring hos en kropp Resultatet från frågan när en kula släpps från ett torn (Fråga 3a, 3b och 3c) liknar resultatet från tidigare forskning på området från Kibble och NORDLAB-SE. Resultatet tyder på att en stor del av eleverna, i både år sju och nio, upplever att den enda kraft som verkar på kulan är en kraft i rörelseriktningen (alternativ c i 3abc; Diagram 22), även när kulan faller med konstant hastighet. Ungefär en tredjedel av eleverna i både år sju och nio har på fråga 3a valt alternativ a (Diagram 5: Resultat från fråga 3a). Eleverna ska där välja vilken bild som visar vilka krafter som påverkar en kula just när den släppts. Det finns en risk att den frågan blivit tolkad på ett sätt som inte var tänkt när den konstruerades. Tanken med frågan var att eleverna skulle - 31 -

visa vilka krafter som påverkar kulan precis i det ögonblick den släpps, i det exakta tillfället den står stilla i luften. Om de elever som svarade att tyngdkraften och friktionen från luften verkar på kulan tänkt sig att kulan redan fallit ett tag så har de tänkt rätt. Vid jämförelse av hur många som valt rätt alternativ i år sju och nio på de tre frågorna (Diagram 23), framkommer att eleverna i år nio väljer rätt med en jämförelsevis lika stor del på alla tre frågorna, medan eleverna i år sju har en mer spridd fördelning av svaren. Nämnas bör även att i fråga 3a är alternativ c det svar som är rätt, eftersom kulans hasighet efter att den släppts är mycket liten och ingen hänsyn till luftmotståndet behöver tas. Däremot är accelerationen som störst vid detta tillfälle eftersom kraftresultanten är störst. I de två följande frågorna (3b och 3c) är det fel att bortse från luftmotståndet eftersom kulans hastighet har ökat och därmed även luftmotståndet, ändå har en stor del av eleverna valt detta svar på alla tre frågorna (Diagram 22: Jämförelse av svar från fråga 3a, 3b och 3c, där eleven valt att svara med alternativ c; där endast jordens dragningskraft är utritad.). Resultaten på fråga 6 och 7 (Diagram 8: Resultat från fråga 6 och Diagram 9: Resultat från fråga 7) om cykeln som ökar och minskar fart, sticker ut lite mot resultaten från andra frågor i den här undersökningen, främst genom att en relativt stor frekvens har svarat rätt. I läroboken för år sju finns inte något exempel som påminner om cyklisten som ökar respektive minskar sin hastighet, däremot i läroboken för år nio och då representerad av ett tåg. Därför är det lite förvånande att eleverna i båda årskurserna svarar rätt till så övervägande del i båda frågorna. Men det är troligt att de med uteslutningsmetod kan inse att det enda alternativ som har en kraft i rörelseriktningen är det rätta alternativet. Eftersom så många på föregående frågor tänkt sig att om en kropp rör sig finns en kraft i rörelseriktningen så är detta den troliga förklaringen. När de på fråga 7 sedan ska få cykelns fart att minska väljer de då det alternativ som är mest likt, det vill säga det alternativ där kraften angriper bakhjulet och verkar i motsatt riktning. Anledningen till detta antagande är att en mycket liten del har valt alternativ c på fråga 7, där kraften verkar på cyklisten och är riktad motsatt rörelseriktningen. Som motsats till nyss nämnda frågor har fråga 11, pucken som glider på isen, har en mycket liten del av eleverna svarat rätt. Av de felaktiga svaren kan man utläsa att 82 % i år sju och hela 90 % i år nio menar att när pucken glider på isen påverkas den av någon form av pådrivande kraft. Det är en, som tidigare nämnts, vanlig föreställning att en kraft finns i - 32 -

rörelseriktningen. Denna uppgift har besvarats med mycket spridda resultat varför ingen definitiv slutsats kan dras. Det är även en komplicerad uppgift eftersom is ofta antas vara helt friktionsfri. På fråga 12, som vill utröna hur de svarande har resonerat om hur pucken glider på isen, verkar inte de svarande vara säkra i sina resonemang. Resultatet förväntades se annorlunda ut, med hänsyn till hur resultatet ser ut på fråga 11. Bara i ett fall kan ett konsekvent resonemang återfinnas eftersom lika många i år nio valt alternativ c i fråga 11 och alternativ d i fråga 12 och dessa alternativ är relaterade till varandra. Intressant att påpeka är att hela 50 % av eleverna i år sju har menat att om pucken saktar in måste den påverkas av en resulterande kraft mottsatt rörelseriktningen, medan det i föregående fråga bara var sammanlagt 32 % som valde dessa alternativ (a eller c). Resultatet är också intressant mot bakgrund av att ämnet inte nämns i läroboken för åt sju utan bara i läroboken för år nio. När de fyra frågorna ovan betraktas i klump verkar det som om eleverna inte har så stor förståelse för Newtons andra lag. De relaterar oftare en kraft till en hastighet än till en ändrig i hastighet, vilket är Newtons andra lag. När eleverna ombads benämna krafter som orsakar en verkan hos en kropp (fråga 8), erhölls resultat som tyder på att en del av eleverna i år nio har hört ord som gravitation, dragningskraft och acceleration och kan relatera dessa till en händelse. Resultatet visar att eleverna i år sju hade mycket svårt med detta. Dock var det mycket få i såväl år sju som nio som kunde relatera till att friktion fick en cykel att öka sin hastighet och ingen som menade att bordet utövade en kraft på boken. Däremot visade flertalet i år nio att de kände till att jordens dragningskraft drog en kula till marken, även om kraften i vissa fall fick andra namn. Reflektionen som kan göras är att eleverna troligen hört orden och kunnat associera till en liknande händelse. När de skulle benämna kraften som får jorden att rotera runt jorden var det ingen som relaterade till massans tröghet. Istället menade nästan hälften i år nio att det var gravitation eller dragningskraft, vilket är den kraft som håller månen kvar i sin bana runt jorden. I fråga 14 ska eleverna visa vilken bana en kula får då den släpps av en fågel som flyger med konstant fart. Ungefär lika stor del av de svarande har svarat att kulan faller rakt ner. Men resultaten (Diagram 16: Resultat från fråga 14) visar att övervägande delen (82 %) i år sju menar att kulan kommer att ha en annan fart än fågeln efter att den släppts medan i alla fall 46 % i år nio har förstått att kulan kommer att fortsätta med samma horisontella fart - 33 -

som fågeln. Denna uppgift finns i princip med i läroboken för år nio, där presenterad som en kula som kastas från ett höghus. Resultaten för år sju är därför inte så intressanta på den här uppgiften eftersom eleverna inte haft tillfälle i skolan att lära sig detta. Vid betraktelse av resultaten på fråga 15 visar det sig att de flesta som valt alternativ a motiverar detta med att tyngdkraften skulle dra kulan till marken. Den vanligaste motiveringen till alternativ b är att kulans fart i horisontell riktning skulle bromsas av luftmotståndet, men de eleverna har i alla fall konstaterat att kulan har fart. Motiveringen att kulans fart skulle avta efter att den lämnat fågelns näbb är enligt Kibble en vanlig föreställning om att rörelsen kommer att avta när ingen pådrivande kraft finns.

4.1.3 Resultatdiskussion kring frågor som berör krafters riktning Enligt Kibble är det lätt att alltid identifiera jordens dragningskraft. Resultatet från fråga 5 (Diagram 17: Resultat från fråga 5) och fråga 13 (Diagram 18: Resultat från fråga 13) gav ett resultat som tyder på att de flesta kan rita ut en kraft riktad mot jordens centrum om kroppen är stilla. Hos kroppar som rör sig är det svårare att identifiera denna kraft. Där har fler ritat ut krafter i rörelseriktningen, hela 68 % i år sju och 43 % i år nio. Endast 13 % i år nio konstaterade att bara jordens dragningskraft verkar på den kastade bollen i fråga 13. Den här uppgiften ger tillfälle att använda både Newtons första och andra lag. Det är tydligt att mycket få elever har lärt sig detta. Intressant är dock att de klarat av att beskriva fallbanan för kulan som fågeln tappar i fråga 14, vilket i princip är samma uppgift.

4.1.4 Sammanfattande resultatdiskussion Den här undersökningen visar att eleverna inte har lärt sig att förstå och använda Newtons lagar. Det är tydligt att elevernas genomgående resonemang är att om en kropp är i rörelse finns en kraft i rörelseriktningen. Detta strider mot Newtons första lag. Eftersom många elever relaterar en rörelse längs en rät linje med en verksam kraft uppstår problem med att förklara hastighetsändring, det vill säga Newtons andra lag. Detta tyder på att flera av de vardagsföreställningar som den tidigare forskningen pekar på är framträdande. De skillnader i resultaten på frågor som finns mellan år sju och år nio är obetydliga eftersom frekvenserna för rätt svar varierar mellan årskurserna. Läromedlen som har sammanfattats i Inledningen tar upp och förebygger många av vardagsföreställningarna, men samtidigt undergrävs några, som till exempel vardagsföreställningen om att krafter alltid finns i rörelseriktningen. Detta genom att - 34 -

författarna ritat hasighetspilar och kraftpilar lika. I övrigt hade jag förväntat mig ett mycket bättre resultat från år nio jämfört med år sju. Bara i fråga 3c och fråga 14 har eleverna i år nio gjort ett markant bättre resultat än eleverna i år sju. Detta beror säkerligen på att de lärt sig detta genom undervisning, vilket eleverna i år sju troligtvis inte gjort, eftersom detta inte finns med i läroboken för år sju. Reflektionen som dras av resultatet från den här undersökningen är att stora delar av eleverna i år nio inte uppnår målen för godkänt betyg (G) i grundskoleämnet fysik, eftersom eleven enligt uppnåendemålen ska ha kunskap om tryck, energi och materiens uppbyggnad, där kraft spelar en väsentlig roll. Enligt egen erfarenhet är det ovanligt att elever får icke godkänt (IG eller -) betyg i fysik eller naturorienterande ämnen i grundskolans senare år. Här borde skolans arbete ses över, antingen genom att kraven sänks eller att mekanikundervisningen får mer tid så att eleverna får en rimlig chans att inhämta kunskapen. Kanske ett nationellt prov i fysik skulle vara till hjälp för skolan, eftersom det skulle visa att undervisningen brister. Det skulle även ställa denna problematik i ett nationellt fokus. Det skulle dock vara mycket orättvist för de elever som inte uppnår ett godkänt betyg på grund av att undervisningen inte är tillräcklig.

- 35 -

4.2 Metoddiskussion I detta avsnitt kommer metodens tillförlitlighet och generaliserbarheten att behandlas.

4.2.1 Tillförlitlighet Den stora risken med flervalsfrågor är att de som besvarar frågorna kan chansa på ett alternativ om de inte kan använda sina kunskaper för att besvara frågan. En annan fara med att använda enkät med flervalsfrågor är att eleverna kan missförstå frågan, uppleva ett begrepp svårt eller inte ha förståelse för ett ords innebörd. Dessa två problem kan ge ett missvisande resultat om gruppens kunskaper i ämnet, speciellt om frågan har få alternativ. I den här undersökningen har detta i förväg medvetet gjorts försök att förebygga genom att på så många frågor som möjligt ha fler alternativ. Eftersom varken lärare, elever eller vårdnadshavare har fått reda på undersökningens syfte, samtidigt som enkäten har hållits skyddad, är möjligheterna att resultatet skulle påverkats av dessa mycket små.

4.2.2 Generaliserbarhet Eftersom antalet elever i undersökningen endast uppgick till 21 elever i år sju samt 63 i år nio och att samtliga av dessa var elever på samma skola, kan inga generella slutsatser dras enbart från resultatet. Men genom att den tidigare forskningens resultatet överensstämmer i mångt och mycket med resultatet för denna undersökning kan ändå en generalisering göras för elever i samma ålder. Viktigt att återigen påpeka är att antalet deltagande i undersökningen från respektive årskurs skiljer sig, underlaget från år nio är väldigt många fler än i år sju. Kanske hade resultatet varit annorlunda om elevgrupperna varit lika stora. Kanske hade även resultatet påverkats om undersökningen genomförts på mer än en skola.

- 36 -

4.3 Slutsats och yrkesrelevans Den här undersökningen visar att eleverna inte har lärt sig att förstå och använda Newtons lagar och undervisningen bör därför ses över. Vidare tyder undersökningen på att flera av de vardagsföreställningar som den tidigare forskningen pekar på är framträdande. De skillnader i resultaten på frågor som finns mellan år sju och år nio är obetydliga. För att få en tydlig bild av hur kunskapen är i landet som helhet kan ett nationellt prov vara till hjälp för skolan. Som nämnts tidigare i diskussionen är förståelsen för Newtons lagar inte alls framträdande. Jag har uppfattningen att om elever introducerades till dessa lagar och lärde sig resonera utifrån dessa, skulle de vardagsföreställningar som pressenterats här till stor grad elimineras. Jag menar inte att lagarna ska användas matematiskt utan snarare i form av ord. Detta för att det ska bli självklart för eleven att en kropp ändrar sin hastighet, om en resulterande kraft verkar på den. Vardagsföreställningar som tagits upp av tidigare forskning förekommer i mycket stor grad i den här undersökningen, vilket är bra att känna till när undervisning på detta område ska genomföras. Resultatet från denna undersökning kan vara skrämmande för många gymnasielärare i fysik. Samtidigt är det en viktig kännedom i genomförandet av mekanikundervisning, eftersom krafter och deras verkan är mycket främmande för elever som lämnat grundskolan.

- 37 -

Litteraturförteckning Andersson, Björn (1993). Grundskolans naturvetenskap. Forskningsresultat och nya idéer. Stockholm: Utbildningsförlaget.

Andersson, Björn (red.) (2003). Att förstå naturen – Från vardagsbegrepp till fysik (Mekanik 1, & Mekanik 2, nr 3). Göteborgs universitet, Enheten för ämnesdidaktik, Göteborg.

Hewitt, G. Paul (2002). Conceptual physics, ninth edition, San Francisco: Addison–Wesley Cop.

Johansson, Bo & Svedner, Per Olov (2004). Examensarbetet i lärarutbildningen. Undersökningsmetoder och språklig utformning. Uppsala: Kunskapsföretaget.

Kibble, Bob (2006). Physics Education . Understanding forces: what’s the problem?, 41, 228 231.

Nationalencyklopedins ordbok (2008). Jean Piaget [www document]. URL http://www.ne.se/jsp/search/article.jsp?i_art_id=O108581, 2008-05-18

Piaget, Jean (1999). Child's Conception of Physical Causality. London: Routledge

Sjøberg, Svein (2005). Naturvetenskap som allmänbildning – en kritisk ämnesdidaktik. Lund: Studentlitteratur.

Skolverket (2000). Kursplanen i fysik. [www document]. URL http://www3.skolverket.se/ki03/front.aspx, 2008-05-18

Utbildningsdepartementet (1998). Läroplanen för det obligatoriska skolväsendet, förskoleklass och fritidshem. Lpo 94 anpassad till att också omfatta förskoleklassen och fritidshemmet. Stockholm: Skolverket/Fritzes.

- 38 -

Figurförteckning Samtliga figurer är ritade av författaren till detta arbete. Figur 1: Exempel på friläggningsdiagram enligt Newtons första lag (b) och isolerade reaktionskrafter enligt Newtons tredje lag (c) på samma situation. Observera att den nedåtriktade kraften i båda figurerna är den samma. ..................................................................................................................................... - 6 Figur 2: Kurvan illustrerar kulans bana efter att den fallit över bordskanten. Till vänster enligt teorin om impetus som försvagas och tar slut. Till höger faller kulan i en kastparabel där farten i rörelseriktningen fortsätter att vara konstant medan en acceleration samtidigt sker nedåt på grund av gravitationen, enligt Newtons första och andra lag. ....................................................................................................... - 8 Figur 3: Alternativ från fråga 1 ................................................................................................... - 12 -

Figur 4: Alternativ från fråga 2 ................................................................................................... - 13 Figur 5: Alternativ från fråga 3c................................................... Fel! Bokmärket är inte definierat. Figur 6: Alternativ från fråga 9 ................................................................................................... - 14 Figur 7: Alternativ från fråga 3a ................................................................................................. - 16 Figur 8: Alternativ från fråga 3b ................................................................................................. - 17 Figur 9: Alternativ från fråga 6 ................................................................................................... - 19 Figur 11: Alternativ från fråga 7 ................................................................................................. - 20 Figur 12: Alternativ från fråga 11 ............................................................................................... - 23 Figur 13: Alternativ från fråga 14 ............................................................................................... - 25 Figur 14: Illustration från fråga 5................................................................................................ - 26 Figur 15: Illustration från fråga 13 .............................................................................................. - 27 -

Författarens tack Jag vill till en början tacka mannen som redan för flera år sedan satte ett tankefrö till mitt examensarbete, i mitt huvud. Utan Bertil Westergren hade inte min fascination för mekanik växt fram. Tack! Jag vill även tacka finsliparna och bollplanken. Tack Morgan Leander, för uträtade frågetecken och pådrivande! Tack Per-Eric Åhlen, utan tjatandet om friktion, resulterandekraft och Newtons lagar hade jag aldrig blivit klar. Många tack för stödet när det var tungt och jobbig, eller när skrivandet bara stannade upp. Tack för kraven, viljan och förtroendet. Tack Kerstin Moatti, vad är väl en institution på ett universitet utan en sekreterare som alltid ställer upp och löser problem. - 39 -

Bilaga 1 – Elevenkät

Enkätundersökning bland elever i grundskolans senare år Det här är en undersökning som syftar till att undersöka elevers kunskaper om krafter. Den enda som kommer att titta på dina svar är jag, Marcus Ericsson. Anledningen till att jag vill att du skriver namn och klass är att jag eventuellt kan behöva genomföra en intervju med dig vid ett senare tillfälle, utifrån de svar som du gett. Intervjun kommer att vara helt frivillig. När resultaten är sammanställda kommer denna enkät att förstöras. Jag går i klass: _____________ Jag heter: ______________________________________________________ Tack för din medverkan. Marcus Ericsson, Lärarstuderande vid Karlstads universitet

Krafter som påverkar ett föremål ritas som pilar. På detta sätt kan man visa kraftens storlek och åt vilket håll kraften drar eller trycker. Kraftpilens längd visar hur stor kraften är. Här nedanför visas kraftpilar där 1 centimeter motsvarar 1 newton.

5 cm 5 newton 5 cm – 5 newton

10 cm 10 newton

-1-

Du ska nedan avgöra vilken bild som stämmer överens med påståendet. RINGA IN DITT SVAR! Bara ett svar på varje fråga. 1. Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar boken när den ligger på ett plant, horisontellt bord, den ligger helt stilla.

2. Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den hänger i ett snöre.

3. En kula släpps rakt ner, från ett högt torn. a. Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan just när den släpps från tornet.

b. Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den har fallit ett tag, men dess hastighet fortsätter att öka.

c. Vilken bild visar kraften eller krafterna som påverkar kulan när den har fallit länge och faller med konstant hastighet.

-2-

4. Kjell och Lisa drar i varsin ände på ett rep. Vem är starkast enligt bilden? SVAR: ____________________________________________________________

5. Genom att rita ut kraftpilar ska du visa hur tyngdkraften är riktad på personerna som står på jorden. (Observera att personernas storlek är kraftigt överdriven.)

-3-

6. En cyklist cyklar på en plan väg, vilken bild visar kraften som får cykelns hastighet att öka?

7. En cyklist cyklar på en plan väg, vilken bild visar kraften som får cykelns hastighet att minska?

8. Vad skulle du kalla kraften som får… a) … en cykel att öka i hastighet? ______________________________________________ b) … en kula att falla till marken?______________________________________________ c) … en bok att ligga kvar på ett bord? __________________________________________ d) … månen att rotera runt jorden? _____________________________________________

-4-

9. En fallskärmshoppare faller med konstant hastighet rakt ner. Vilka krafter verkar på hopparen? Ringa in ditt svar A, B, C eller D. Bara ett svar på varje fråga!

(A) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen. T är större än K.

(C) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen. T är mindre än K.

(B) Tyngdkraften T och kraften K från fallskärmen. T är lika stor som K.

(D) Bara kraften K från fallskärmen verkar på hopparen.

10. Vilket av följande alternativ förklarar bäst ditt svar i förra frågan? Ringa in ditt svar A, B, C eller D. a. Eftersom hopparen är tyngdlös under själva fallet verkar inte tyngdkraften T. b. För att hopparen ska komma nedåt måste T vara större än K. Om T blir lika stor som K så skulle hopparen stanna i luften. c. Om hopparen rör sig med konstant hastighet så måste K och T vara lika stora. d. På grund av att fallskärmen är så pass stor blir kraften K större än T.

-5-

11. En hockeypuck glider på isen. Puckens hastighet minskar hela tiden, och till slut stannar den. Vad gäller om de horisontella krafterna som verkar på pucken? Ringa in ditt svar A, B, C, D eller E.

(B) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är lika stor som F.

(A) Bara friktionskraften F som utövas av isen verkar på pucken.

(C) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är större än F.

(D) Bara en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. Denna kraft minskar hela tiden för att tillslut bli noll och då stannar pucken.

(E) Friktionskraften F och en kraft K i rörelseriktningen verkar på pucken. K är mindre än F.

12. Vilket av följande alternativ förklarar på bäst ditt var i förra uppgiften? Ringa in ditt svar A, B, C eller D. a. Eftersom pucken rör sig måste den påverkas med en kraft i samma riktning som rörelseriktningen. Men denna kraft blir mindre och mindre eftersom pucken saktar in. Friktion på is är försumbar. b. Om ett föremål rör sig längs en rät linje, så är den resulterande kraften noll. c. Eftersom pucken saktar in måste den påverkas av en resulterande kraft som är riktad åt motsatt håll mot rörelseriktningen. d. Eftersom pucken rör sig måste kraften i rörelsens riktning vara större än friktionskraften.

-6-

13. En sten som kastas i en bana som visas i bilden nedan påverkas av krafter. Rita ut dessa som kraftpilar. OBS! Bortse från luftmotståndet!

14. En fågel flyger i konstant fart, rakt fram som framgår av bilden. I näbben har den en kula som den tappar. Vilken bana kommer kulan att följa? Ringa in ditt svar A, B, eller C.

a. Kulan följer och landar enligt bana A b. Kulan följer och landar enligt bana B c. Kulan följer och landar enligt bana C

15. Motivera svaret på förra frågan nedan!

-7-

Bilaga 2: Fråga 8 Vad skulle du kalla kraften som får… a) … en cykel att öka i hastighet? b) … en kula att falla till marken? c) … en bok att ligga kvar på ett bord? d) … månen att rotera runt jorden?

Nedan redovisas resultat från fråga 8 i form av en tabell. Bara svar från enkäter med minst en fråga besvarad har tagits med. De frågor som lämnats obesvarade har markerats med streck (-). Många av frågorna har besvarats med frågetecken och har här förts in med det samma (?). Felstavade ord har stavats rätt utan kommentar, de ord som upplevs ligga utanför normal stavning, eller utanför sammanhanget har bara citerats, kommentarer som skrivits vid svar och figurer har skrivits med inom parentes. Efter tabellen finns de vanligaste svaren införda i ett diagram för varje fråga (Diagram 10 till och med Diagram 13). Åk

a

b

c

d

7 7 7 7 7 7 7

Gravitation Fart Vridmoment Vind/kedja Medvind Motvind (hihi) Pilen pekar fram

Gravitation Dragningskraft Tyngdkraft Lite vindmotstånd Styrka Högkraft (hihi) Neråt

7 7

En backe Nerförsbacke

Gravitation Dragningskraft Dragningskraft G-kraft Solen Medvind (hihi) Pilen går runt som … ->(Respondenten har ritat en cirkulär pil) Magi Tyngdlagen, Graviditeten

7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 9 9 9 9 9

Nerförsbacke Framåt Fart Framåt Framåt Dragkraft Vind Framåt (Oläsligt…) …lust Höger och fin kraft Acceleration Friktionskraft ?

Dragningskraft Tyngdlagen, Graviditeten Dragningskraft Större Fall Tyngdkraft Neråt Neråt Gravitation Neråt Dragkraft Tyngdkraft Uppåt och finkraft Downforce Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft

Gravitation Dragningskraft Tyngdkraft Tyngdkraft Ingen Stillkraft (hihi) Still, ingen pil alls Magi Tyngdlagen, Graviditeten Dragningskraft Svart magi Tyngdkraft Tyngdkraft Neråt Stilla Gravitation Tyngd Ligga Magi Tyngdkraft ? Dragningskraft ?

-1-

Svart magi ? Bakåt Rörlig Gravitation Lunt Magi Omloppskraft Snurrkraft Dragningskraft Gravitation Dragningskraft ?

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

? ? Friktionskraft Gravitation, i nedförsbacke Horisontella kraften Muskelkraft Acceleration Hästkraft Människan som cyklar Friktionskraft Människans kraft Accelerationskraft Rörelsemagi Friktionskraft Rörelse Stenkast Rörelseenergi Acceleration Rörelseenergi Acceleration Horisontella kraften Accelerationskraft Fartkraft Fartkraft Fartkraft Acceleration Friktionskraft ? Accelerationskraft Accelerera

Gravitation Dragningskraft Gravitation Gravitation Gravitation

Gravitation Tyngdkraft Dragningskraft Gravitation

? ? Gravitation

Tyngdkraft Dragningskraft Gravitation Tyngdkraft Gravitation Tyngdkraft Tyngdkraft Gravitation Tröghet Dragningskraft ? Dragningskraft Tyngdkraft Tyngdkraft Fallenergi Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Gravitation Fallenergi Dragningskraft Dragningskraft Tyngdkraft Newton Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Dragningskraft Dragningskraft Gravitation Tyngdkraft Dragningskraft Gravitation Dragningskraft

Tyngdkraft Friktionskraft Tyngdkraft Tyngdkraft Dragningskraft Gravitation Konstant Tyngdkraft Stillhet? Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Lägesenergi Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Motståndskraft Tyngdkraft Lägesenergi Täthetskraften Frikvens Dragningskraft Motståndskraft Dragningskraft Gravitation Tyngdkraft Friktion Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Tyngdkraft Gravitation Dragningskraft Dragningskraft ? Graviditet Lägeskraft Friktion Tyngdkraft

Rotationskraft Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Friktion Dragning Dragningskraft Rymden? Tyngdkraft Tandfé Dragningskraft Dragningskraft Cirkulationskraft Bark Dragningskraft Gravitation Luke Skywalker Dragningskraft Dragningskraft Dragningskraft Gravitation Gravitation Dragningskraft G-kraft Dragningskraft Jordens dragningskraft Gravitation Dragningskraft Dragningskraft Gravitation -

-2-

Bilaga 3: Fråga 15 Nedan visas de motiveringar som gavs i fråga 15 av de elever som angett alternativ a i fråga 14. Då motiveringen lämnats tom har denna inte tagits med i tabellen nedan. ÅK 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 7 7

Fråga 15

Fråga 14

Tyngdkraften drar kulan rakt neråt Eftersom kulan påverkas av tyngdkraften kommer den att falla rakt nedåt. Jag vet inte Jag vet inte Eftersom fågeln tappar kulan åker den rätt ner på grund av tyngdkraften Jag tror att sten kommer åka ner precis rakt för att stenen inte kommer flyga framför fågeln Jag tror inte fågeln tillsatt en kraft så kulan åker framåt. Kulan är förhoppningsvis tung Eftersom kulan väger något så tyngs den ner och om han tappar den så får den bara tyngdkraft och kommer åka rakt ner Eftersom fågeln flyger rakt fram så är det luftmotstånd eftersom att kulan ej har någon fart Så trycker luftmotståndet och gravitationen ner den. Eftersom stenens tyngdkraften är större än luftens Jag vet inte Dragningskraften drar ner kulan direkt Jag vet inte Den kastar ju inte iväg kulan så den har ingen kraft, den åker rätt ner på grund av gravitationen Kulan har ju tyngre än luft och dras till marken Gravitationen drar kulan ner Kulan är så pass tung att den faller neråt För att kulan är tung så den dras ner till jorden

a a a a a a

-1-

a a a a a a a a a a a a a

Nedan visas de motiveringar som gavs i fråga 15 av de elever som angett alternativ b i fråga 14. Då motiveringen lämnats tom har denna inte tagits med i tabellen nedan. ÅK 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 7 7 7 7 7 7 7 7

Fråga 15

Fråga 14

Eftersom den släpps i fart så åker den lite framåt tills den faller rakt ner Eftersom fågeln flyger landar den i b På grund av fågelns fart så flyger kulan framåt en bit men när farten minskar så gör tyngdkraften att kulan far rakt ner. Eftersom fågeln flyger med en viss fart så kan kulan inte ramla rakt ner Det svaret är mest troligt för att en kula är inte tyngdlös och så skulle den nog inte falla rakt neråt Kulan flyger framåt på grund av fågelns tidigare riktning. Luftmotståndet stoppar snart farten och dragningskraften drar kulan neråt Eftersom fågeln flyger framåt så måste kulan inte ramla rakt ner. Jag tror kulan följer med en bit så den ramlar i en båge. Föra att den väger Eftersom fågeln kommer i fart så har kulan lite fart framåt innan den går ner till marken För kulan kommer inte falla direkt ner utan krafter kommer att dra i den Fågeln flyger så han fortsättar banan rakt fram Kulan har en hastighet och kan inte stanna utan vidare Eftersom fågeln rör sig när den släpper kulan åker kulan inte rakt ner utan åt sidan Stenen har fart men på grund av luftmotståndet och dragningskrafter så saktar den ner Eftersom det går fort och mycket Vindmotstånd borde den vända väldigt snabbt och gå ner Magi Den går rakt ner Eftersom den hade en hastighet innan den släpptes Det verkade mest rimligt Kulan får fart av fågeln

b b b

-2-

b b b b b b b b b b b b b b b b b

Nedan visas de motiveringar som gavs i fråga 15 av de elever som angett alternativ c i fråga 14. Då motiveringen lämnats tom har denna inte tagits med i tabellen nedan. ÅK 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 7

Fråga 15

Fråga 14

För att det är som att kasta en boll För den har fart Det blir aldrig rakt ner när man i luften med fart så faller den inte rakt ner måste bli en böj på den Eftersom fågeln har en viss fart hela tiden så kommer kulan ha samma fart från början. Men så fort fågeln tappar den så börjar den tappa fart Den går i en båge för den går fort och åker ner Fågeln flyger framåt när den tappar kulan och då åker kulan också framåt Eftersom kulan fortfarande hade fart när fågeln tappade den så måste den fortfarande komma framåt samtidigt som den faller Den har fart ifrån fågeln och sedan dras den nedåt på grund av tyngdkraften Farten framåt följer med kulan som fågeln höll Fågeln har jämn fart och eftersom att stenen från början har samma fart som fågeln fortsätter den ett tag men saktas sedan av luftmotståndet Kulan har fortfarande kraft framåt som den faller ner men kraften framåt blir mindra och få faller den ner i en rakare linje Därför att fågeln flyger framåt i en hastighet Kanske släpps kulan med en viss kraft Kulan får lite kraft från fågeln, men den börjar snart påverkas av dragningskraften Eftersom den redan har fart kan den inte falla rakt ner, den kan heller inte åka rakt fram en bit och sedan falla rakt ner Kulan har en ganska stark kraft som får kulan att falla ner långsammare Eftersom tröghetskraften fortsätter framåt medans gravitationen drar den neråt Därför att fågeln flyger framåt , då vill kulan också fortsätta fram men tyngdkraften tar ner kulan Jag vet inte Luftmotståndet påverkar kulan att den fortsätter att falla neråt Den faller i en båge och inte följer med Eftersom fågeln flyger framåt borde kulan också göra det ett tag samtidigt som den faller. Eftersom fågeln har fart så blir kulans bana böjd och inte lodrät Om fågeln flyger med konstant fart och släpper kulan sp måste kulans linje bli en mjuk linje Den går ju inte rakt ner och inte flyger så långt i luften

c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c

Av både sjuor och nior som valt alternativ a har de flesta motiverat detta med att Jordens dragningskraft skulle vara anledningen till att kulan faller rakt ner. För alternativ b och c är den vanligaste motiveringen att kulan har fart.

-3-