“Mikä on pitkittäisaalto?” Selitys yhdellä iskulla! Jousi paljastaa aaltojen perusteet ja maanjäristyshälytysten salaisuudet
Olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on koe.
Tee se makeiskaupan leluilla! Pitkittäisaaltojen tiedekoe, joka tempaa opiskelijat mukaansa
”Kuulemme äänen, mutta oletko koskaan nähnyt sen todellista muotoa?” ”Kuulemme uutisissa maanjäristyksen ’P-aalto’ -tyypistä. Sanotaan, että se on ensimmäinen pieni tärähdys, mutta millainen aalto se oikein on?”
Kun ’aalloista’ opetetaan fysiikan tunnilla, monella herää tällaisia kysymyksiä. Kyllä, erityisesti ’pitkittäisaallot’ (tai longitudinaaliaallot) ovat vaikeita hahmottaa. ’Poikittaisaallot’ (tai transversaaliaallot), kuten meren aallot tai köyden heiluttamisesta syntyvät, ovat helposti nähtävissä, sillä aallon kulkusuunta ja värähtelyn suunta ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Sen sijaan pitkittäisaalloissa, jotka ovat äänen tai maanjäristyksen P-aallon (alkutärähdyksen) ydin, kulkusuunta ja värähtelysuunta ovat samat (yhdensuuntaiset).
Kun selitetään, että ”ilman hiukkaset värähtelevät edestakaisin…”, oppilaiden päiden ylle ilmestyy usein kysymysmerkkejä. Miten voimme saada tämän ”näkymättömän aallon” tuntumaan todelliselta?
Ei huolta. Itse asiassa voit ”visualisoida” pitkittäisaallon helposti käyttämällä sitä lelua, jonka saat makeiskaupasta tai euron kaupasta! Tässä artikkelissa jaamme reseptin ”helppoon pitkittäisaaltokokeeseen”, joka saa varmasti aikaan innostusta niin tunneilla kuin kotona. Pienellä oivalluksella tiede muuttuu heti paljon lähestyttävämmäksi!
◆ Tarvikkeet
• Slinky-jousi (muovinen tai metallinen)… 2-3 kpl • Sähköteippiä (tai tavallista teippiä)
Suositus: • Muovinen (kevyt ja helppo käsitellä, mutta liike on nopea) • Metallinen (hieman painavampi, aalto liikkuu hitaammin, joten se on helpompi nähdä)
Muovisia Slinky-jousia löytyy makeiskaupoista tai 100-Yen kaupoista, mutta metallisen voi löytää esimerkiksi Amazonista. Niitä myydään myös Narika-nimisessä paikassa (aaltokokeisiin tarkoitettu kierrejousi, tosin se maksaa 5000 jeniä).
◆ Kokeen valmistelu ja vinkit
Yhdistä 2-3 Slinky-jousta Yhdistä jouset tiukasti toisiinsa teipillä. Vinkki on kiinnittää ne niin, etteivät ne liiku, sillä liian löysästi kiinnitettynä aalto ei siirry kunnolla. Aseta laajalle alueelle Laita jousi suoraksi lattialle tai pitkälle pöydälle. Oppilaat voivat myös pidellä sitä vuorollaan.
Tee pitkittäisaalto Työnnä ja vedä jousta nopeasti edestakaisin toisesta päästä, jolloin puristus- ja harvennusaalto etenee jousessa. Tällöin jousessa pitäisi näkyä vuorotellen alueita, joissa jousi on ”tiheä” ja alueita, joissa se on ”harva”. Tämän ”tiheän” alueen, joka kiitää ”BAAARH!!” koko jousen läpi, näet pitkittäisaallon todellisen luonteen!
Katso tämän videon avulla, kuinka aalto etenee sujuvasti ja mukavasti.
Mitä mieltä olet? Verrattuna poikittaisaaltoliikkeeseen (ylös-alas -tärinä), voit huomata, että jokaisen jousiosan värähtelysuunta on sama kuin etenemissuunta. Tämä ero värähtelevän väliaineen (ainetta, joka välittää aallon) suunnassa on tärkeä tekijä, joka erottaa aaltojen luonteen toisistaan.
◆ Pitkittäisaallot ovat aivan lähellämme!
Tässä kokeessa näkemäsi pitkittäisaallot liittyvät läheisesti elämäämme.
1. Maanjäristys ja ”P-aalto / S-aalto”
Maanjäristyksen sattuessa maahan syntyy ja etenee samanaikaisesti pitkittäis- ja poikittaisaaltoja. Näistä:
- Pitkittäisaalto = P-aalto (Primary wave / ensisijainen tärinä) … etenee nopeasti ja ravistaa kevyesti.
- Poikittaisaallo = S-aalto (Secondary wave / päävärähtely) … saapuu myöhemmin ja ravistaa voimakkaasti.
P-aalto (pitkittäisaalto) on nopeampi, joten se saapuu ensin. Juuri tämä ”P-aalto on tullut!” -tiedon nappaaminen ja sen ilmoittaminen, että ”kohta tulee voimakas tärinä (S-aalto)!”, on hätämaanjäristysvaroituksen (Emergency Earthquake Warning) toimintaperiaate. Sama aalto, jonka näimme Slinkyllä, antaa meille henkemme pelastavia tietoja!
2. ”Äänen” todellinen luonne
Myös ”puheemme” ja ”musiikkimme” ovat ilmassa eteneviä pitkittäisaaltoja. Kuvittele, että Slinky-kokeessa ”tiheä” alue vastaa ilmamolekyylien tiivistynyttä aluetta (korkean paineen aluetta). Kun nämä ”tiheät” ja ”harvat” aallot etenevät ilmassa ja värähtelevät korvassamme olevaa tärykalvoa, me havaitsemme sen ”äänenä”.
Voit kokeilla aaltoja digitaalisesti tällä sivustolla, joka simuloi pitkittäis- ja poikittaisaaltojen toimintaa:
◆ Vinkkejä kokeen hyödyntämiseen tunneilla
• Poikittaisaallon kertaaminen etukäteen tehostaa oppimista! Ero poikittaisaallon kanssa tulee selkeämmäksi ja ymmärrys syvenee.
• Videokuvaus ja hidastus ovat hyviä! Erityisesti metallisen Slinky-jousen kanssa voit käyttää puhelimen hidastusominaisuutta tarkkaillaksesi aallon etenemistä huolellisesti.
• Yhdistä ”Ääni on pitkittäisaalto” -asiaan! Kokeen jälkeen yhdistämällä sen äänen etenemiseen (ilman pitkittäisaaltoihin) paranee koko oppimiskokonaisuuden ymmärrys huimasti.
◆ Makeiskauppa on ”tieteen siementen” aarreaitta
Makeiskaupoissa myydään paljon muitakin tieteellisiä leluja, kuten puhkeamattomia saippuakuplia (geelimäisiä), bambuhelikopterin kaltaisia muovipropelleja ja paukkunappeja. Saatat ajatella, ettei makeiskauppoja ole enää lähelläsi, mutta nykyään niitä on usein ostoskeskuksissa.
Esimerkiksi Aeon Mallin Fuurindou
ja vastaavat. Makeiskauppa on toisesta näkökulmasta kuin ”mini-tiedekeskus”. Jokainen edullinen lelu kätkee sisäänsä fysiikan lakeja (Slinky on ”aalto”, bambuhelikopteri on ”noste” ja paukkunapit ovat ”kemiallinen reaktio”). Mikset menisi lastesi kanssa etsimään ”tieteen siemeniä” kourallinen taskurahaa puristuksissa?
Pitkittäisaaltojen käsite ei ole vain teoriaa, vaan ”näkemisen ja tuntemisen” kokemus on avain. Se on tilaisuus saada oppilaat, joilla on vaikeuksia fysiikan kanssa, sanomaan ”Ymmärrän!” ja ”Tämä on hauskaa!” Lisäksi valmistelu on helppoa ja kustannukset vähäiset. Eikö olekin jännittävää, että makeiskaupan tasoisilla välineillä pääsee käsiksi tieteen ytimeen? Kokeile ”pitkittäisaalto jousella” seuraavalla oppitunnilla!
Jos haluat tehdä vielä pidemmän version, katso myös tämä:
Yhteydenotot ja pyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta lähestyttävämpää! Olen koonnut helposti ymmärrettäviä ohjeita kotona tehtävistä hauskoista tiedekokeista ja niiden vinkeistä. Selaa ja etsi lisää! • Tieteen muistikirjan sisältö julkaistiin kirjana. Lisätietoja täältä • Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, täältä • Kaikenlaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultaatio/esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset X:ssä!
Tieteen Ideakanava julkaisee kokeellisia videoita!
３月のイチオシ実験！
- 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
- 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・その他お知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
