Den otroliga trappfjädern

Bakom denna leksaks enkla yttre döljer det sig ganska avancerade fysiska fenomen.

Trappfjädern, även kallad «slinky», består i sin enkelhet av en spiralfjäder och kan vara tillverkad av metall eller plast. Det kan se enkelt ut, men undervärdera inte de vetenskapliga principerna trappfjädern är baserade på! Du kan lära dig mycket om de olika fysiska krafterna som är verksamma när du leker med trappfjädern.

Titta noga på trappfjädern nästa gång den tumlar ner för en trappa med långa steg. Det är ett fint sätt att studera fysiken bakom. Ge den en liten knuff ner från översta trappsteget så ser du hur leksaken faller steg för steg i en glidande elegant rörelse. Läs mer om detta i den gröna faktarutan.

Mendan trappfjädern rör sig nerför trappstegen visar den hur friktion och fysisk masskraft samspelar med potentiell energi och rörelseenergi. Du ser effekterna av fysisk tröghet och hur rörelse hänger samman med tryckvågor – det är dessa sista fenomen som skapar det karaktäristiska rörelsemönstret.

Tröghet är motståndet någon fysisk kropp utför mot förändringar i rörelse eller vilotillstånd. När trappfjädern står på ändan rörs den inte av någon yttre kraft. Här spelar också friktionen in, till exempel på det sättet luftmotståndet hindrar fjädern från att röra sig. Dessutom finns det krafter mellan själva fjädern och underlaget den vilar på, exempelvis en trappa.

Trögheten är alltså där, men vi har också potentiell energi. Denna energin är beroende av placering, form och föremålets sammansättning. Hos trappfjädern ligger den potentiella energin i själva metall-/ plastkroppen, spiralformen och stillaståendet på toppen av trappan. Sådan potentiell energi blir «utlöst» och omvandlad till rörelseenergi – den energiformen som hänger samman med rörelse – då en yttre kraft påverkar föremålet. I fallet med trappfjädern sker detta när vi puttar den ner från översta trappsteget.

Föremål som rör sig har rörelseenergi. Den är beroende av massa och hastighet. Ett föremål med med stor rörelseenergi behöver mer energi för att ändra rörelse eller stanna. Föremål med mindre massa eller hastighet har alltså mindre rörelseenergi. En trappfjäder av metall kommer vara bättre än en i plast på att röra sig ner för trappan eftersom den har större rörelsekraft.