Hanka vain nenäliinalla! Opi plussan ja miinuksen staattisen sähkön tiede “liikkuvalla pillillä”!

Olen Kuwako Ken, tiedevalmentaja. Joka päivä on kokeilu.

Talvella, kun kosket ovenkahvaan, oletko tuntenut sen ”rätinä!”-iskun, sen staattisen sähkön? Sen pienen tärskähdyksen sormenpäässä! Se on tuttu ilmiö, joka on yleinen talvella, kun ilma on kuivaa. Tiedätkö, että tuon ”rätinän!” takana onkin näkymätön, mutta voimakas ”sähkön voima”? Eikö olisikin siistiä, jos voisit hallita tätä näkymätöntä voimaa itse?

Esittelen tällä kertaa kokeen, jossa käytetään staattisen sähkön voimaa, ikään kuin taikoen pillille: ”Liikkuva pilli”. Et tarvitse juuri mitään erikoisvälineitä. Lähde kokemaan staattisen sähkön ihmeellinen maailma kanssani!

Tarvikkeet

Palanen puuta, naula, taipuisa pilli, nenäliina. (Huom: Videossa käytetään myös ilmapalloa, mutta alkuun pärjäät pelkällä nenäliinalla!)

Ohjeet

Kiinnitä naula puupalaan ja tee jalusta, jotta se pysyy pystyssä.

Taivuta taipuisa pilli ja aseta se varovasti naulan päähän tasapainotellen, kuin hattu. Nyt pilli pääsee pyörimään vapaasti.

Nyt on taikuuden aika. Hiero ensin naulan päällä olevaa pilliä kunnolla nenäliinalla. Sitten, kokeile tuoda tuo sama hinkattu nenäliina hitaasti lähemmäs pilliä. Jos sinulla on ilmapallo, hiero sitäkin nenäliinalla ja tuo sitten pallokin lähelle pilliä.Miten pilli reagoi?Tarkista pillin liike tältä videolta!https://youtu.be/iTFbG8KWuFs

Miksi pilli liikkui? Näkymättömän voiman salaisuus

Vaikka pilli näytti liikkuvan itsestään, kyseessä ei tietenkään ole taikuus. Se on ”staattisen sähkön” voima. Kun kaksi esinettä hierotaan toisiaan vasten, pienet sähköhiukkaset, joita kutsutaan ”elektroneiksi”, saattavat siirtyä toisesta toiseen. Tässä kokeessa hinkkasimme pilliä ja nenäliinaa. Näistä kahdesta materiaalista nenäliina luovuttaa helposti elektroneja, kun taas pilli ottaa niitä vastaan.Tämän seurauksena nenäliinasta tulee ”plus (+)”-tilassa, koska sillä on elektronivaje, ja pillistä tulee ”miinus (–)”-tilassa, koska sillä on elektroneja liikaa. Tätä epätasapainoista sähkövaraustilaa kutsutaan ”varautumiseksi”. (Muuten, myös kumi-ilmapallo varautuu ”miinus (–)”-merkkiseksi, kun sitä hierotaan nenäliinalla, koska sekin ottaa elektroneja vastaan kuten pilli.)

Varausjärjestys (Tribosähköinen sarja). Viite: Kuwako Ken & Takeda Junichiro, Kagaku Kentei Koshiki Mondaishu 5-6 Kyu (Kodansha)

Yllä oleva kuva, ”Varausjärjestys”, listaa materiaalit sen mukaan, kuinka helposti ne varautuvat positiivisesti tai negatiivisesti. Hieroessa kahta eri materiaalia toisiaan vasten, järjestys määrää kumpi varautuu positiivisesti. Sähköllä on erittäin tärkeä sääntö:

• Samanmerkkiset varaukset (plus ja plus, miinus ja miinus) hylkivät toisiaan (poistovoima)
• Erimerkkiset varaukset (plus ja miinus) vetävät toisiaan puoleensa (vetovoima)

Se on samanlainen kuin magneetin N- ja S-napojen välinen suhde. Siksi, kun tuot miinus-varautuneen ilmapallon lähelle miinus-varautunutta pilliä…

Niin, ne hylkivät toisiaan ikään kuin sanoen ”Älä tule lähemmäs!” Pilli, joka voi pyöriä vapaasti naulan päässä, liikkuu pois ilmapallosta. Entäpä kun tuot plus-varautuneen nenäliinan (jolla hinkkasit pilliä) lähelle miinus-varautunutta pilliä?

Nyt ne vetävät toisiaan puoleensa! Pilli liikkuu imeytyen kohti nenäliinaa. Tämän kokeen avulla pääsimme kokemaan näkymättömän ”sähköisen veto- ja hylkimisvoiman” pillin liikkeen kautta.

Miksi se liikkuu ”yhtäkkiä” kun tuodaan lähelle?

Huomasitko vielä yhden mielenkiintoisen asian? Kun lähennät nenäliinaa tai ilmapalloa, se ei tee mitään ollessaan kaukana, mutta heti kun tuot sen tietylle etäisyydelle, pilli ”yhtäkkiä” kääntyi! Itse asiassa tällä staattisen sähkön voimalla (jota kutsutaan Coulombin voimaksi) on erittäin syvä suhde kahden esineen väliseen ”etäisyyteen”.

Tämä kaava osoittaa hyvin yksinkertaisesti, että ”mitä lähemmäs tulet, sitä räjähdysmäisesti voima kasvaa”. Esimerkiksi, kun etäisyys puolittuu (1/2), voima kasvaa jopa 4-kertaiseksi (×2×2). Kun etäisyys on kolmasosa (1/3), voima on jopa 9-kertainen (×3×3)! Siksi, kun lähennät kaukaa, voima on liian heikko, eikä pilli liiku. Mutta heti kun ylität tietyn pisteen (etäisyyden), riittävän voimakas voima syntyy ”yhtäkkiä”, ja siksi se näytti alkavan liikkua yllättäen.

Staattisen sähkön generaattorilla saa aikaan tällaisia hauskoja kokeita!!

Vaikka pelkkä käsin hankaaminenkin tuottaa hauskaa staattista sähköä, erikoisella ”staattisen sähkön generaattorilla” (Van de Graaff) voi tehdä vieläkin tehokkaampia ja yllättävämpiä kokeita. Olen julkaissut myös muita hauskoja kokeita Van de Graaff-generaattorilla. Näihin kuuluu kokeita, joita tehtiin TV-ohjelmassa muun muassa Suzu Hirosen, Ryohei Suzukin, Yasukon ja Chocolate Planetin Osadan ja Matsuon kanssa. Lue lisää täältä.https://phys-edu.net/wp/?p=34632※ Kuitenkin, kun käytät staattisen sähkön generaattoria (Van de Graaff), varmista aina, että paikalla on asiantuntija. Ole varovainen kokeillessasi. Jos haluat tilata staattisen sähkön kokeisiin liittyviä palveluita (esim. tiedetyöpajoja, TV-konsultointia/esiintymisiä), ota yhteyttä tästä.

【Erikoisartikkeli】Et voi lopettaa! Staattisen sähkön kokeet

Yhteydenotot ja tilaukset

Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs! Olen koonnut selkeästi kotona tehtäviä hauskoja tiedekokeita ja niiden vinkkejä. Kokeile hakea lisää!・Tiedevihko-blogini sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä・Tietoja ylläpitäjästä, Kuwako Kenistä, täältä・Erilaiset tilaukset (kirjoitukset, luennot, tiedetyöpajat, TV-konsultointi/esiintymiset) täältä・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!

Tiedevihko-kanavalla on kokeiluvideoita!