SILE IN GIBANJA

2.4.1 Gugalnice

Gugalnice so nihala, ki nihajo. Ločimo dve vrsti gugalnic: gugalnico nihalko (tudi nihalna gugalnica) in gugalnico prevesnico (tudi prevesna gugalnica) (Mežnar, Slevec in Štucin, 2016).

V nadaljevanju sta obe podrobneje opisani.

Gugalnica nihalka je sestavljena iz štirih delov: stojala ali opornika (ki mora biti v podlago trdno vgrajen), dveh nihajnih drogov (ki sta trdno vpeta v vrtišče in med guganjem nihata), vrtišča ali osišča (tj. nepremična točka vrtenja, grajena iz trdnega in nezlomljivega materiala) in sedala (za katero je navadno uporabljena navadna lesena deska, avtomobilska pnevmatika oz. nekaj, na čemer lahko sedimo. Sedalo mora biti dovolj trdno, da se pod bremenom uporabnikov ne zlomi (slika 1) (Mežnar idr., 2016).

Slika 1: Gugalnica nihalka (Mežnar idr., 2016)

Gibanje gugalnice nihalke imenujemo nihanje. Nihanje je ponavljajoče ali periodično gibanje.

Gugalnica niha iz prve skrajne lege skozi ravnovesno lego v drugo skrajno lego in nazaj. En nihaj je pot, ki jo gugalnica naredi iz prve skrajne lege v drugo skrajno lego in nazaj. Nihajni čas je čas, v katerem gugalnica naredi en nihaj. Nihajni čas izmerimo s štoparico in ga izrazimo v sekundah. Odvisen je od dolžine gugalnice.

Za začetek nihanja je potreben sunek oz. neka sila. Nihanje se po določenem času zaradi upora zraka in drugih zaviralnih sil ustavi. Da se gugalnica ne bi ustavila, jo je treba stalno potiskati (Petrovec, Bizjak, Rednak Robič, Kopasić in Kramar, 2014). Podobno kot gugalnica nihalka delujeta nihalo ure in zvon (Skribe Dimec idr., 2018).

Gugalnica prevesnica je sestavljena iz: sedala, osi (oz. vrtišča), opornika ali stojala (ki je pritrjen v tla in prenaša težo gugalne deske ter bremena) in gugalne deske oz. droga (slika 2). Razdaljo med vrtiščem in mestom, kjer prijema sila, imenujemo ročica. Gugalnica prevesnica ima desno in levo ročico (Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko in Mesojedec, 2016).

22

Slika 2: Gugalnica prevesnica (Krnel, Bajd, Oblak, Glažar in Hostnik, 2006)

Kadar je teža teles na obeh straneh gugalnice prevesnice enaka in sta telesi enako oddaljeni od vrtišča (torej imata enako dolgo ročico), je gugalnica v ravnovesju (Mesojedec idr., 2016).

Gugalnica prevesnica bo v ravnovesju, kadar bo imelo breme z večjo maso krajšo ročico od bremena z manjšo maso, npr. breme s trikrat manjšo maso mora imeti trikrat daljšo ročico.

Gugalnica prevesnica je najpogosteje v rabi kot tehtnica (Petrovec idr., 2014).

2.4.2 Vzvod

Vzvod je preprosto fizikalno orodje. Sestavljen je iz droga (lahko tudi podolgovate palice, deske ipd.) in podpore, okrog katere se vzvod zavrti (vrtišče) (Ambrožič, idr. 2005). Del vzvoda levo ali desno od opore se imenuje ročica ali krak (Repnik idr., 2014). Z njim si pomagamo, ko želimo premakniti ali privzdigniti težak tovor (Ambrožič, idr. 2005).

Slika 3: Vzvod (Mesojedec idr. 2016)

Z vzvodom si olajšamo delo, saj lahko z manjšo silo opravimo enako veliko dela. To dosežemo tako, da podaljšamo pot, na kateri deluje sila (Repnik idr., 2014). Čim daljša kot je ročica, kjer prijemlje sila roke, tem manjša je sila, ki je potrebna, da breme z vzvodom dvignemo oz. ga premaknemo (Ambrožič, idr. 2005).

Poznamo enakokraki oz. enokončni in dvokraki oz. dvokončni vzvod. Pri prvem tako sila bremena kot sila roke prijemljeta na isti strani vrtišča. Opora je tu premaknjena na konec droga.

Tako večji del sile teže drži opora, manjši del pa premaguje sila roke. Pri dvokončnem vzvodu sili prijemljeta na nasprotni strani vrtišča. Sila, ki je potrebna za dvig bremena, je tolikokrat manjša, kot je ročica na desni krajša od ročice na levi strani (Ambrožič, idr. 2005). Orodja iz vsakdanjega življenja, ki delujejo na osnovi vzvoda, so lopata, klešče, škarje, kladivo, odpirač, kramp, samokolnica, ščipalka idr. (Mesojedec, idr. 2016).

23 2.4.3 Škripec

Škripec je preprosto orodje, s pomočjo katerega dvigujemo bremena višje kot z vzvodom (Mežnar idr., 2016). Z njim opravimo enako dela z manj napora. Sestavljen je iz kolesa z utorom in vrvi (slika 3) (Petrovec idr., 2014).

Slika 4: Sestavni deli škripca (Petrovec idr., 2014)

Poznamo pritrjene in gibljive škripce. Pritrjeni škripec pritrdimo višje, kot je višina, do katere želimo dvigniti breme. Pri tem vlečemo z enako silo, kot je teža bremena, le da lažje vlečemo navzdol in si pomagamo z lastno težo. Tako spremenimo le smer delovanja sile vlečenja. Tak škripec najpogosteje srečamo na gradbišču. Pri gibljivem škripcu vrv pritrdimo višje, kot je višina, do katere želimo dvigniti breme. Ker ima gibljivi škripec prosto os, se premika skupaj z bremenom. Delo opravljamo z dvakrat manjšo silo. Polovico teže bremena nosi pritrjena vrv.

Pri tem moramo povleči dvakrat daljšo vrv, kot je višina dviga bremena. Škripčevje je sestavljeno iz poljubnega števila pritrjenih in gibljivih škripcev. Sila, potrebna za dvigovanje bremena, je manjša od teže bremena. Več kot je koles, manjša sila je potrebna za dvig bremena.

Škripec se največkrat uporablja za ročno dvigovanje bremen (Petrovec idr., 2014).

2.4.4 Napačne predstave o silah in gibanju

Predšolski otroci in osnovnošolci imajo tudi pri temi sile in gibanja napačne predstave. Te se pojavijo predvsem zato, ker sil, ki delujejo na predmete (tako v mirovanju kot gibanju), ne moremo videti (Monach in Turford, 2019). Tako otroci na podlagi (slučajnega) opazovanja sami razvijajo teorije in konstruirajo pojme. Ideje, ki pri tem nastanejo, temeljijo le na govoricah in so osnova za naivno in neznanstveno sprejemanje sveta (Krnel, 1993).

Otroci menijo, da na predmete, ki so v mirovanju, ne deluje nobena sila. Prav tako menijo, da se predmet ustavi takrat, ko ga nehamo potiskati. Gibanje predmeta se ustavi zaradi različnih sil, ki nanj delujejo. Predmet je v mirovanju, kadar je vsota vseh sil, ki delujejo nanj, enaka nič (Monach in Turford, 2019).

Otroci med spontano igro in raziskovanjem spoznavajo ravnotežje. Najprej ga spoznajo med gradnjo stolpa, ki ga gradijo iz kock različnih velikosti. Spoznajo, da majhna kocka ne more podpirati večje, razen če je razporeditev mase enakomerna. Otroci med četrtim in devetim letom starosti niso zmožni vzpostaviti ravnovesja dveh (ali več) bremen z različno maso, ki so postavljena na vsakem koncu palice (tj. na gugalnici prevesnici oz. vzvodu). Menijo, da bo gugalnica prevesnica v ravnovesju, ko bodo bremena (z različno maso) postavljena v enaki

24

oddaljenosti od vrtišča (torej bosta imeli desna in leva ročica enako dolžino). Ker se gugalnica prevesnica prevesi na stran težjega bremena, menijo, da se ravnovesja ne da vzpostaviti. Mnenje otrok je tudi, da lahko vse uravnovesimo le tako, da vrtišče postavimo na sredino (Pine, Messer in John, 2001). Otroci menijo, da breme s pomočjo vzvoda najlažje dvignemo takrat, ko vrtišče postavimo na sredino vzvoda. Vemo, da čim krajša kot je ročica na strani bremena in čim daljša kot je ročica, kjer prijemlje sila roke, tem manjša sila je potrebna, da breme z vzvodom dvignemo oz. ga premaknemo (Monach in Turford, 2019).

Napačne predstave se pojavijo tudi pri uporabi preprostih naprav in strojev. Učenci menijo, da naprave, orodja in stroji za delovanje potrebujejo motor. Prav tako menijo, da ti človeku omogočajo, da opravi manj dela (Pine idr., 2001). Različne naprave in orodja (klanec, vzvod, škripec itn.) nam omogočajo, da si olajšamo delo, saj lahko z manjšo silo opravimo enako veliko delo. To dosežemo tako, da podaljšamo pot, na kateri deluje sila. To pomeni, da delamo z manjšo silo, ki deluje na večji razdalji oz. poti (Repnik idr., 2014).

25