Staattinen sähkö taikoo: Rakenna itse Mooren oikukas moottori!
Olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Kokeilut kuuluvat jokaiseen päivään.
Tekeekö staattinen sähkö taikoja? Oikukkaasti liikkuva ”Mooren moottori”
Talvisin kuivina päivinä ovenkahvaan koskiessa tunnet ”napsahduksen”, tai kun riisut villapaidan, hiuksesi nousevat pystyyn… Lähellämme kaikkialla oleva ”staattinen sähkö”. Tiesitkö, että tällä pienellä veitikkalla onkin voimaa pyörittää moottoria?
Tällä kertaa esittelemme laitteen nimeltä ”Mooren moottori”. Se on laite, joka saa lautasella olevan pallon pyörimään ja pomppimaan ihmeellisillä radoilla pelkän staattisen sähkön voimalla. Ihan kuin sillä olisi oma tahto: se saattaa pyöriä myötäpäivään, pysähtyä yhtäkkiä ja aloittaa vastapäiväisen pyörimisen. Sen arvaamaton liike ei ala kyllästyttää, vaikka sen katsoisi kuinka monta kertaa.
Katso ensin tämä video sen omituisesta ja suloisesta liikkeestä. Varmasti päästät ilmoille huudahduksen: ”Hei, miksi se tekee noin!?”
Miksi pallo liikkuu ympäriinsä aivan kuin se olisi elossa? Tänään paljastamme Mooren moottoriin kätketyn tieteellisen taikuuden ja esittelemme, kuinka voit itse toteuttaa tämän taian omin käsin!
Miksi se liikkuu? Staattisen sähkön taianomainen mekanismi
Mooren moottorin liikkeen salaisuus piilee staattisen sähkön maailman kahdessa peruslaissa: ”Coulombin voimassa” ja ”sähköisessä induktiossa”. Saattaa kuulostaa vaikealta, mutta ei hätää. Aivan kuten magneetin N- ja S-navat vetävät toisiaan puoleensa, sähkölläkin on plus (+) ja miinus (-). Yksinkertainen sääntö on: ”Erilaiset varaukset (+ ja -) vetävät puoleensa, samat varaukset (+ ja + tai – ja -) hylkivät toisiaan”. Tämä on ”Coulombin voiman” ydin.
Mooren moottorissa levitetään vuorotellen plus- ja miinusvarauksia lautaselle liimattuihin alumiinifoliosuikaleisiin, kuten alla olevassa kuvassa.
Kun tähän asetetaan sähköä johtava ”johde”-pallo (tässä tapauksessa musteella päällystetty pallo, josta on tehty johde), taika alkaa.
- Palloa lähestyessään plus-varattua suikaletta, pallon sisällä olevat miinus-varaukset vetäytyvät puoleensa (tämä on ”sähköinen induktio”). Sitten Coulombin voima vetää pallon plus-varattuun suikaleeseen ”naps!”-äänellä.
- Heti kun pallo koskettaa plus-varattua suikaletta, se ottaa vastaan positiivisen varauksen ja varautuu itse positiivisesti. Tämän jälkeen samat plus-varaukset ”hylkivät” toisiaan, ja pallo sinkoutuu voimakkaasti suikaleesta pois.
- Positiivisesti varautunut pallo vetäytyy voimakkaasti puoleensa välittömästi viereistä miinus-varattua suikaletta, ja se vierii sitä kohti.
- Ja kun se koskettaa miinus-varattua suikaletta… arvaatkin jo. Tällä kertaa se varautuu negatiivisesti ja hylkii, siirtyen taas viereiseen plussaan…!
Toistamalla tätä sähkövarauksien ”veto-puolesta → kosketus ja hylkiminen → veto puoleensa vierekkäin” -sykliä ikuisesti, pallo jatkaa pyörimistään. Koska liike tapahtuu tällaisessa herkästi säädetyssä tasapainossa, pieni syy voi muuttaa pyörimissuuntaa tai aiheuttaa edestakaista liikettä, mikä synnyttää sen oikukkaan liikkeen.
Kokeile tehdä se itse! Oikukkaan moottorin resepti
Tarvikkeet
- Eristelevy tai -lautanen: Lautanen, josta sähkö ei pääse karkaamaan. Käytimme tällä kertaa 100 jenin kaupasta ostettua mikroaaltouunin kantta, ”Renge Rapu” (mikrokääre).
- Alumiinifolio, teippi, sakset
- Styroksipallo (halkaisija n. 2 cm): Kevyt ja helposti pyörivä pallo.
- Muste, hiekkapaperi, pahvimuki, hammastikku: Välineet styroksipallon muuttamiseksi johteeksi.
- Staattisen sähkön generaattori: Tällä kertaa käytämme sähköstaattista korkeajännitegeneraattoria, mutta voit käyttää myös Van de Graaffin generaattoria tai vastaavaa.
Ohjeet
１．Muuta ensin styroksipallo ”johteeksi”. Raaputa pintaan kevyesti hiekkapaperilla, jotta muste imeytyy paremmin. Styroksipallo on luonnostaan sähköä läpäisemätön ”eriste”, mutta musteella, joka on hiilipölyä, päällystämällä siitä syntyy uusi, sähköä johtava pallo.
２．Pistele palloon hammastikku ja kasta se mustetta sisältävään pahvimukiin. Kun pallo on tasaisesti musteessa, aseta se seisomaan ja anna kuivua.
３．Kiinnitä ohueksi leikatut alumiinifoliosuikaleet lautaselle säteittäin, tasaisin välein. Tärkeintä on varmistaa, etteivät vierekkäiset foliosuikaleet missään nimessä kosketa toisiaan.
４．Liitä staattisen sähkön generaattorin plus- ja miinusnavat alumiinifoliosuikaleisiin ”vuorotellen”. Kun kuivunut mustepallo on asetettu keskelle, olet valmis! Kytke laite päälle ja lähetä staattinen sähkö liikkeelle!
No niin, miten meni? Alkoiko sinunkin pallosi tanssia outoa tanssia?
Pidä hauskaa enemmän! Tiedemuseon jättimoottori
Tästä Mooren moottorista on itse asiassa esillä jättimäinen, ihmisen ohjattava versio Tokion Tiedemuseossa. Siitä voi nauttia kuin pelistä: kun pallo on putoamassa reikään, sitä autetaan tuottamalla staattista sähköä käsikäyttöisellä generaattorilla.
Tällaisia hauskoja kokeita voit tehdä staattisen sähkön generaattorilla (Van de Graaff)!
Olemme julkaisseet myös hauskoja kokeita Van de Graaffin generaattorilla. Näihin kokeisiin sisältyy niitä, jotka suoritimme TV-ohjelmassa muun muassa Suzu Hirosen, Ryohei Suzukin, Yasuko-sanin sekä Chocolate Planet -koomikkoduo Osadan ja Matsuon kanssa. Lue lisää täältä.
※ Huomaa: Van de Graaffin generaattorin kaltaisia staattisen sähkön laitteita käyttäessä on ehdottomasti oltava asiantuntija läsnä. Kokeile varoen. Lisäksi, jos sinulla on tiedusteluja staattiseen sähköön liittyvistä kokeista (esim. työpajat, TV-konsultointi tai esiintyminen), ota yhteyttä täältä.
【Teema】Et voi lopettaa! Staattisen sähkön kokeet
Tiedustelut ja pyynnöt
Tee tieteen ihmeistä ja hauskuudesta itsellesi läheisempää! Olemme koonneet hauskimmat ja helpoimmat tiedekokeet, jotka voit tehdä kotona. Etsi lisää tietoa!
・Tieteen Vihjekirjan (Kagaku no Netachou) sisältö on nyt kirjana. Katso lisätietoja täältä
・Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) täältä
・Päivitykset artikkeleista julkaistaan X:ssä!
Tiede Vihje -kanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!
