Voiko origamisammakko olla fysiikan oppimateriaali!? Salaisuus ‘loikan’ takana – energian muuntumisen ihme

Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on koe.

Yksi paperiarkki hyppää ”pum!” ikään kuin siihen olisi puhallettu henkeä. Se on se ”origamisammakko”, jonka luultavasti jokainen on tehnyt lapsena. Tein sen taas äskettäin lasteni kanssa pitkästä aikaa.

Tekotapa on yllättävän helppo, mutta sitä ei pidä aliarvioida.Tällä sivustolla se esitellään yksityiskohtaisesti. Erityisesti se viimeinen ”takamus”-osa. Sammakon hyppykyvyn kannalta ratkaiseva kohta on, kun tämä kohta taitetaan huolellisesti ja luodaan ”jousi”.

Lasten pienillä sormilla on vaikea saada tarpeeksi voimaa, ja he kamppailivat huutaen ”Ei lennä kunnolla!”. Aikuinen auttoi hieman ja painoi taitokset tiukasti, jotta paperin kimmoisuus saataisiin maksimaalisesti käyttöön. Neljäsluokkalaiset (ylempi luokka) saattavat jo osata tehdä kunnon ”urheilusammakon” itse.

Valmis!

https://youtu.be/MjH0xW0Z5Lo

Paina sormella sammakon takamusta ja päästä irti varovasti.

Pum! Huudahdus ”Ooooh!” karkaa suusta. Tämä yksinkertainen liike on lapsille paras leikkikalu. Ja tämä on se hetki, jolloin luonnontieteiden opettajan veri alkaa kuohua. Tähän ”pum!”-liikkeeseen on kätketty hyvin tärkeä fysiikan käsite.

Mistä sammakon hyppyvoima tulee? Taian todellinen luonne: ”elastinen potentiaalienergia”

Sammakon hyppy perustuu sen takamukseen piilotettuun ”jouseen”. Kun painamme sormella sammakon takamusta, teemme ”työtä” paperia (jousta) vastaan. Paperi yrittää vastustaa voimakkaasti ja haluaa palata alkuperäiseen muotoonsa! Tätä energiaa, jota muotoaan muuttanut esine varastoi palatessaan alkuperäiseen muotoonsa, kutsutaan fysiikan maailmassa ”elastiseksi potentiaalienergiaksi”. Se on sama energia, joka on varastoituneena jännitettyyn jousipyssyyn tai kasaan puristettuun jouseen.

Ja kun liutamme sormen pois ja päästämme irti… se on vapautuksen hetki!

Varastoitunut ”elastinen potentiaalienergia” muuttuu voimaksi, joka työntää sammakkoa eteen- ja ylöspäin. Toisin sanoen, se muuttuu hetkessä liikkeen energiaksi eli ”liike-energiaksi”!

Energiaa monessa muodossa! Seuraa sammakon hyppyä

Siitä hetkestä, kun sammakko ponnahtaa ilmaan, siihen kun se laskeutuu, energia muuttaa muotoaan kerta toisensa jälkeen. Se on kuin viestikapulan vaihto. Seurataan yhdessä tätä energian matkaa.

Ennen lähtöä (painettaessa sormella): Sormella painettu sammakko on varastoinut maksimimäärän ”elastista potentiaalienergiaa”. (Myös potentiaalienergiaa on hieman, mutta tässä elastinen potentiaalienergia on pääosassa).

Hyppyhetki (käden irrottaminen): ”Elastinen potentiaalienergia” vapautuu välittömästi ja muuttuu ”liike-energiaksi”, joka liikuttaa sammakkoa! Sammakko ponnahtaa ilmaan nopeimmin.

Nousun aikana (ilmaan): Sammakko nousee yhä ylemmäs, mutta sen nopeus hidastuu vähitellen. Tämä johtuu siitä, että se vastustaa Maan painovoimaa. Tässä vaiheessa ”liike-energia” muuttaa muotonsa ”potentiaalienergiaksi”, joka on korkealla sijaitsevien esineiden energia.

Korkein piste: Hypyn huippu. Se hetki, jolloin sammakko pysähtyy (näennäisesti) hetkeksi. Tässä nopeus (”liike-energia”) on pienimmillään, ja suurin osa varastoidusta energiasta on muuttunut ”potentiaalienergiaksi”.

Laskun aikana: Nyt ”potentiaalienergia” muuttuu takaisin ”liike-energiaksi”, kun sammakko putoaa painovoiman vaikutuksesta. Se kiihtyy vähitellen.

Laskeutuminen (maali): Laskeutuminen tapahtuu ”läts!”-äänellä. Sammakolla ollut liike-energia muuttuu lopulta ”äänienergiaksi” ja kitkan aiheuttamaksi ”lämpöenergiaksi” lattian ja sammakon itsensä välillä, ja tämä energiamatka päättyy.

Tällä tavoin energia muuttaa muotoaan peräkkäin: ”elastinen potentiaalienergia” → ”liike-energia” → ”potentiaalienergia” → ”liike-energia” → ”ääni- ja lämpöenergia”. Mutta sen kokonaismäärä pysyy samana (ilmanvastus huomiotta jättäen). Tämä on ”energian säilymislain” perusajatus.

Vain yksi pala origamipaperia kertoo suurenmoisen energiantarina. Kun lennätätte sammakoita, kokeilkaa tuntea tämä ”energian muodonmuutos”. Tuttu leikki näyttää heti paljon mielenkiintoisemmalta!

Tiedustelut ja toimeksiannot

Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut selkeästi hauskoja tiedekokeita, joita voi tehdä kotona, ja vinkkejä niiden onnistumiseen. Etsi lisää tietoa! ・Tämä blogin sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoa täältä ・Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä ・Päivitystiedot jaetaan X:ssä!

Koevideoita jaetaan Tieteen Aiheet -kanavalla!