Paina ilmaa ruiskulla! Silmin nähtävä kokeilu Boylen laista

Olen Kuwako Ken, tiedevalmentaja. Jokainen päivä on kokeilu.

Vaikka ”ilmaa” ei näe, se painaa meitä jatkuvasti voimakkaasti. Mitä luulet tapahtuvan, jos tuo ilma suljetaan tiukasti ja puristetaan vielä pienempään tilaan? Tänään esittelen kokeen, joka paljastaa ilman ”voiman (paineen)” ja ”koon (tilavuuden)” välisen kiehtovan suhteen: ”Boylen laki”. Kenties mysteeri sille, miksi sipsipussit pullistuvat vuorilla, ratkeaa!

Kokeessa käytetyt välineet

Käytin Narikan kokeilupakkausta. Pakkaus sisälsi suuren ruiskun, painemittarin ja niitä yhdistävän kumiletkun. Yksinkertaiset välineet, mutta niillä päästään käsiksi ilman salaisuuksiin.

Koe alkaa! Puristetaan ilmaa kasaan

Ensin tehdään asennus. Kiinnitetään ruiskuun kumiletku ja liitetään painemittari. Tällä kertaa aloitimme 50 ml merkistä, jotta ruiskussa olevan ilman tilavuus on helppo lukea.

Manuaalikin ilmoitti 50 ml, joten olosuhteet ovat samat.

Tässä aloituspisteessä painemittarin lukema on noin 100 kPa (kilopascalia). Tämä on lähes sama arvo kuin ilmanpaine (ilman painosta johtuva paine), jossa yleensä elämme.

Tästä eteenpäin painetaan ruiskun mäntää tiukasti. Kun suljetun ilman tilavuutta pienennetään… aivan kuten odotettiin, painemittarin viisari nousee nopeasti!

Tulokset julki! Paineen ja tilavuuden kaunis suhde

Kun paine oli 100 kPa (aloitus), 110 kPa ja 120 kPa… säädimme painallusvoimaa ja mittasimme ilman tilavuuden mitta-asteikolta. Tässä on keräämämme data tiivistettynä:

Nämä luvut eivät välttämättä sano heti mitään, mutta kun ne piirretään kuvaajaan (jota kutsutaan P-V-kuvaajaksi), näkyviin tulee hämmästyttävän kaunis yhteys.

Mitä sanotte! Tämä käyrä on täsmälleen samanlainen kuin matematiikasta tuttu ”kääntäen verrannollisuuden” kuvaaja. Toisin sanoen, tässä piilee yhteys: ”Kun tilavuus puolitetaan, paine kaksinkertaistuu.”

Miksi se on kääntäen verrannollinen?

Miksi tällainen suhde sitten syntyy? Vaikka ilmaa ei näe, se koostuu lukemattomista ”ilmahiukkasista (molekyyleistä)”, jotka sinkoilevat ympäriinsä. Paine syntyy, kun nämä hiukkaset törmäilevät ruiskun seiniin.

Mitä tapahtuu, kun ruiskua painetaan ja tilavuus (huone) kapenee? Hiukkasilla on vähemmän tilaa liikkua, joten ne törmäävät seiniin useammin, eikö totta? Tämä on sitä, että ”paine nousee”. Jos tilavuus puolitetaan, törmäysten määrä yksinkertaisesti kaksinkertaistuu. Siksi paine ja tilavuus ovat kauniissa kääntäen verrannollisessa suhteessa. Tämä on juuri ”Boylen laki”.

Haaste luokassa

Ostin tämän koepakkauksen kokeeksi, ja annoin sen heti oppilaideni käyttöön tunnilla. Edustavat oppilaat saivat painaa ja vetää mäntää, samalla kun kaikki lukivat mitta-asteikkoa, kirjasivat tuloksia ja piirsivät pisteitä koordinaatistoon.

Sen sijaan, että olisivat vain oppineet oppikirjasta ”se on kääntäen verrannollinen”, tällainen kokemus, jossa he ”näkevät omin silmin, tuntevat käsillään ja piirtävät kuvaajaan”, auttoi heitä ymmärtämään ilman ominaisuuksia. Koska laki on näin helppo todentaa, haluaisin ehdottomasti hankkia tällaisen pakkauksen jokaiselle ryhmälle.

Boylen ja Charlesin lain kokeilulaite

Yhteydenotot ja pyynnöt

Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta helpommin lähestyttävää! Olen koonnut selkeästi kotona tehtäviä hauskoja tiedekokeita ja niiden niksejä. Selaile ja etsi lisää!

Tieteen muistiinpanot -sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä

Tietoja ylläpitäjä Kuwako Kenistä täältä

Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedekurssit, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) täältä * Artikkelipäivitykset X:ssä!

Kokeiluvideoita Tieteen Muistiinpanot -kanavalla YouTubessa!

２月のイチオシ実験！梱包材で遊ぼう！

• 静電気の時期になってきました。子供と一緒に梱包材で盛り上がろう！→ やめられなくなる！静電気実験２０

体中に梱包材をはりつけてみよう！

テレビ番組等・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。

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。

講師等・ショー・その他お知らせ

• 2/20（金）「生徒の進学希望実現支援事業」研究授業＠福井県立若狭高等学校　講師
• 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）　サイエンスショー予定
• 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。