Paljasta salaperäinen metalli tiheyden avulla! Opi kokeiden kautta “virheiden” ja “turvallisuuden” ydin
Täällä tiedevalmentaja Ken Kuwako! Jokainen päivä on koe.
Miten sinä tunnistaisit edessäsi olevan metallikappaleen, eli tietäisit, mistä metallista se on tehty? Pelkän ulkonäön perusteella on todella vaikea sanoa, onko kyseessä rauta, alumiini vai ehkä jopa hopea. Mutta arvaapa mitä! Kun teet ”erään kokeen”, jonka opit yläkoulun luonnontieteissä, voit paljastaa metallin todellisen identiteetin kuin etsivä konsanaan. Tänään kurkataan tunnin kulkuun, jossa mitataan tiheyttä – se on tieteen perusta, mutta samalla syvällinen taito – ja opitaan samalla tieteellisen työskentelyn tärkeimmistä tavoista.
Etsitään aineen ”sormenjälki”! Tiheyden mittaus
Koulumme tunnilla oppilaat saavat kolme tuntematonta metallikappaletta (pultti, jousimainen metalli ja kartion muotoinen metalli). Avain siihen, mistä nämä metallit on tehty, on tiheys. Tiheys tarkoittaa aineen massaa yhtä kuutiosenttimetriä ($1 \mathrm{cm}^3$) kohden, ja jokaisella aineella on sille ominainen, kiinteä arvo. Se on ikään kuin aineen sormenjälki.
Tämän sormenjäljen tunnistamiseksi oppilaat keräävät tiedot seuraavien vaiheiden mukaisesti: He mittaavat ”massan” digitaalisella vaa’alla. He mittaavat ”tilavuuden” mittalasilla (messusylinterillä). Sitten he laskevat tiheyden kaavalla ”massa ÷ tilavuus”. Vaikka vaiheet ovat yksinkertaiset, ne sisältävät kaiken tieteellisen kokeen perusteista.
Mittalasilla taistellaan ”virhettä” vastaan
Tässä kokeessa eniten tarkkuutta vaativa vaihe on tilavuuden mittaaminen mittalasilla. Metallikappale upotetaan nesteeseen, ja tilavuus päätellään vedenpinnan noususta. Tätä ei voi tehdä miten sattuu! Tässä kohdassa pyydämme oppilaita pohtimaan syvällisesti ”todellista arvoa” (true value), ”mitattua arvoa” (measured value) ja niissä aina esiintyvää ”virhettä” (error).Massa mitataan digitaalisella vaa’alla.
Lisäksi, koska etsimme mahdollisimman tarkkaa arvoa tilavuudelle, mittalasin oikeaoppiseen käyttöön liittyy sääntöjä. Mittalasin käyttö on selitetty tarkemmin tässä videossa:https://youtu.be/bMJu60e43Bc?si=fM_Z1KkVndR81m_CAseta mittalasi tasaiselle alustalle: Jos se on vinossa, vedenpinta ei näy oikein.Katso nestepinnan tasolta: Jos katsot ylhäältä tai alhaalta, asteikko voi näyttää harhaanjohtavalta.Lue pienimmän asteikkovälin kymmenesosan tarkkuudella silmämääräisesti: Tämä on yläkoulun luonnontieteiden tapa. Käytännössä ideana on lukea niin tarkasti kuin mahdollista.Miksi luemme ”kymmenesosan” tarkkuudella? Esimerkiksi, kun nestepinta on asteikkojen ”35” ja ”36” välissä, lukemalla ”noin 35,5” pääsemme lähemmäs todellista arvoa, jos pyöristämme. Tätä kutsutaan merkitseviksi numeroiksi (significant figures).Myös turvallisuusjärjestelyt ovat ehdottoman tärkeitä. Metallipainoihin on kiinnitetty ”siima”. Jos metalli pudotetaan suoraan lasiseen mittalasiin, se saattaa särkyä pohjan osuessa! ”Upota metalli hitaasti siimasta pitäen, jotta lasi ei särkyisi”. Noudattamalla tätä sääntöä oppilaat oppivat luonnostaan arvostamaan välineitä ja huomioimaan turvallisuuden.https://youtu.be/U6o3xvPuT68
Yksittäisistä tiedoista syntyy ”laki” – se on huikeaa!
Kokeen edetessä jokaiselta ryhmältä saadaan mittaustuloksia. Kuitenkin yhden ryhmän tiedot voivat jättää epäilyn: ”Oliko tämä vain sattumaa?” Lisäksi mittauksissa on aina virheitä. Tässä vaiheessa tarvitaan koko luokkaa. Kaikkien ryhmien tulokset kerätään yhteen, ja ne piirretään kuvaajaan, jossa pystyakselilla on ”massa” ja vaaka-akselilla ”tilavuus”.Ja mitä tapahtuu! Vaikka yksittäiset pisteet näyttivät hajallaan olevilta, ne asettuvat hienosti yhden suoran ympärille!Tämän suoran ”kulmakerroin” kertoo kyseisen aineen tiheyden. ”Meidän ryhmän data oli hieman pielessä, mutta koko luokan tuloksissa se menee tälle viivalle!” Tällä hetkellä oppilaat ymmärtävät visuaalisesti aineen universaalin ominaisuuden (tiheyden) virheen yli.Yksittäiset, pienet mittaukset, kun ne kerätään yhteen, piirtävät esiin suuren totuuden. Juuri tässä piilee tieteellisen kokeen hienous!
Kyselyt ja yhteistyöpyynnöt
Tieteellinen ihme ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut selkeästi hauskoja kotikokeita ja vinkkejä niiden tekemiseen. Etsi ja tutki lisää!Tiedejuttuni on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä.Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä.Yhteistyöpyynnöt (kirjoitus, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä.* Tietoja uusista artikkeleista X-palvelussa!
Tiedevinkit-kanavalla (Kagaku no Netachannel) julkaistaan kokeiluvideoita!
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
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 科学監修をした番組が放送予定です。
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） 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。
