Siirry sisältöön

Massan ja voiman suhde tutuksi käden puristusvoimaa tutkimalla

Tietoa opettajalle

Alakouluun (vuosiluokille 4-6) suunnatussa oppimiskokonaisuudessa tarkastellaan käsien puristusvoiman suuruutta. Tässä oppiainerajat ylittävässä kokonaisuudessa käsitellään fysiikan, matematiikan, biologian ja terveystiedon oppisisältöjä. Oppimiskokonaisuudessa on vahvasti esillä teemat:
  • massan ja voiman välinen suhde (1 kilogramma = 10 newtonia)
  • luonnontieteellisen tutkimuksen vaiheet
  • matemaattisten kuvaajien tulkinta ja lukujen pyöristäminen
  • lihaskunnon merkitys terveydelle
  • tietokoneavusteisen mittaustekniikan käyttö

Oppimiskokonaisuus täydentää luontevasti fysiikkaan ja ihmisen biologiaan kuuluvien aiheiden opetusta.

Oppimiskokonaisuuden kesto vaihtelee 2-5 oppituntiin riippuen sen totetuksesta.
Alla on kuvattu eräs toteutustapa, jonka kesto on noin kolme oppituntia.

Toteutukseen tarvittavat välineet sekä työohjeet ja lisämateriaalit löytyvät listattuna tältä sivulta, joista työohjeet ja lisämateriaali sivun alareunasta. Katso myös Mitä jäi mieleen -osio (sivun alareunasta), jonka avulla voidaan arvioida käsiteltyjen oppisisältöjen oppimista.


Esimerkki oppimiskokonaisuuden toteuttamisesta

Ennen toteutusta
Oppilaille on hyvä käydä läpi massan ja voiman suhde, sillä sitä sovelletaan oppimiskokonaisuudessa puristusvoiman tarkastelussa.

Johdattelua aiheeseen
Oppimikokonaisuuden voi aloittaa demonstraatiolla, jossa voimalevy ja vaaka laitetaan päällekkäin viereisen kuvan mukaisesti. Opettaja voi nojata vaakaan ja näyttää oppilaille siihen ilmestyvä kilogrammalukema esimerkiksi dokukameran avulla. Seuraavaksi oppilailta kysytään millaista newton-lukemaa voimalevy näyttää.

Demonstraation voi toistaa siten, että oppilaille näytetään voimalevyn newton-lukema ja heitä tehtäväksi annetaan päätellä vaa'an näyttämä kilogrammalukema.

Demonstraation päätteeksi oppilaille näyttetään voimalevyn newton-lukema ja/tai vaa'an kilogrammalukema. Lopuksi oppilaiden kanssa voidaan keskustella voiman ja massan välisestä yhteydestä: 1 kilogramma vastaa 10 Newtonia.

Tutkimusvaihe
Seuraavaksi oppilaat voivat työskennellä työohjeen mukaisesti ensin ennustaen/arvioiden heidän puristusvoimansa suuruuden kilogrammoissa. Lisäksi oppilaat ennustavat kummassa kädessä heillä on suurempi puristusvoima.

Tämän jälkeen kukin oppilas käy vuorollaan puristamassa puristusvoima-antureita (dynometrejä) 10 sekunnin ajan. Puristuksen aikana tietokoneelle piirtyy oppilaan puristusvoimakuvaaja, jossa vaaka-akselilla on puristusaika ja pystyakselilla puristusvoiman suuruus.

Kuvaajan musta käyrä kuvaa oikean käden puristusvoimaa ja harmaa käyrä vasemman käden puristusvoimaa.

Mittauksen päätteeksi oppilas voi ottaa kuvan puristusvoimakuvaajasta ja määrittää siitä suurimman puristusvoiman arvon vasemmalle ja oikealle kädelle. Lisäksi oppilaat ilmoittavat puristusvoiman maksimiarvon kilogrammoina.

Odotellessaan omaa puristusvuoroa oppilaat voivat tehdä työohjeen takana olevan lukutehtävän, jossa käsitellään puristusvoiman terveydellistä merkitystä artikkelin Heikko puristusvoima – lyhyt elämä? avulla. Oppilaiden tehtävänä on lukea artikkeli ja vastata sitä käsitteleviin kysymyksiin. Artikkelissa kerrotaan muun muassa, että hyvän puristusvoiman avulla henkilö voi roikkua pitkään. Tämän testaamiseksi oppilaat voivat käydä mittaamassa heidän roikkumisajan esimerkiksi koulun liikuntasalissa.

Mittaustulosten tarkastelu
Seuraavaksi oppilaat vertaavat saatuja mittaustuloksia heidän ennakkoarvioihinsa. Lisäksi mittaustuloksista voidaan keskustella seuraavien kysymysten avulla.

  • mistä käsien väliset puristusvoimien erot johtuvat?
  • miten puristusvoiman suuruus muuttui mittauksen edetessä? Mistä mahdollinen muutos voi johtua?
  • mistä oppilaiden väliset erot puristusvoimissa voi johtua?

Jos oppilaat ovat käyneet mittaamassa heidän roikkumisajan, heidän mittaustuloksistaan voidaan muodostaa kuvaaja, joissa puristusvoima on vaaka-akselilla ja roikkumisaika pystyakselilla.

Kuvaajaa tarkastelemalla voidaan päätellä onko puristusvoima ainut tekijä, joka selittää roikkumisajan pituuden. Lisäksi oppilaiden kanssa voidaan päätellä mitkä muut tekijät vaikuttavat roikkumisaikaan.

Oppimisen arviointi
Oppimiskokonaisuuden tavoitteena on luoda yhteyksiä eri luonnontieteden välille ja opettaa oppilaille massan ja voiman välistä yhteyttä sekä kuvaajan tulkintataitoja. Näiden asioiden oppimista voi arvioida oppimiskokonaisuuden jälkeen Mitä jäi mieleen? -testin avulla. Testin tarkoituksena on tukea formatiivista arviointia ja erityisesti välittää opettajalle ja myös oppilaalle tietoa niistä tiedoista/taidoista, joiden oppiminen vaatii vielä kertausta.

Oppilaat voivat tehdä testin kotitehtävänä, ja se voidaan käydä läpi seuraavan oppitunnin aluksi.


Tarvikkeet

Oppimiskokonaisuudessa tarvitset:

  • Vaa'an
  • Voimalevyn (esim. Vernierin voimalevy, Labquest-tiedonkeräin ja tietokone, johon on asennettu LoggerPron ohjelmisto)
  • Puristusvoima-anturit (esim. Vernierin dynometrit)

Oppilaat tarvitsevat:

  • Muitiinpanovälineet
  • Valokuvaukseen soveltuvan laitteen, esim. tabletti tai älypuhelin
  • Työohje

Jos koulullasi ei ole tarvittavia välineitä, niiden lainaamista voi tiedustella valtakunnallisista LUMA-keskuksista. Näet sinua lähimmän LUMA-keskuksen täältä.


Lisämateriaalia:

Eläinten puruvoimatehtävä

Massa ja paino

Työohjeet tiedostoina:

Käden puristusvoiman määritys (pdf-tiedosto)

Käden puristusvoiman määritys (Word-tiedosto)

Katso myös:

Mitä jäi mieleen?