Luokkahuone muuttuu curling-halliksi!? Koe ‘nollakitkan’ fysiikka kuivajään avulla (Inertiaan laki)

Kenkichi Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on koe.

Miten esineet liikkuisivat, jos kitka katoaisi maailmasta?

Oppikirjassa puhutaan ”Hitauden laista” (inertia): Esine jatkaa liikkumistaan suoraan samalla nopeudella loputtomiin, ellei siihen vaikuta ulkoinen voima. Tämän lain todentaminen käytännössä on kuitenkin yllättävän hankalaa. Syynä on ”kitkavoima” – tämä jatkuva kiusankappale maapallolla.

Koulutunneilla käytetään yleensä erityisiä liukualustoja, mutta oppilaista tämä tuntuu helposti vain ”laboratorion erikoisjutulta”. Lisäksi kaikkien ryhmien varustaminen kalliilla laitteilla on budjetin kannalta tiukkaa.

Siksi suosittelenkin tätä: koe ”kuivajään” kanssa! Se sama kuivajää, jota saa ruokakaupoista tai kakkukaupoista, voi muuttua taianomaiseksi välineeksi, joka mullistaa fysiikan peruskäsitykset.

Miksi kuivajää muuttuu ”ilmatyynyalukseksi” (hovercraftiksi)

Kuivajää on hiilidioksidia, joka on jäähdytetty kiinteäksi. Kun se tuodaan huoneenlämpöön, tapahtuu ilmiö nimeltä ”sublimaatio”, jossa se muuttuu suoraan kaasuksi ohittaen nestemäisen olomuodon.

Mitä tapahtuu kuivajään ja pöydän välissä tämän tapahtuessa? Kuivajään pohjasta voimakkaasti purkautuva hiilidioksidikaasu muodostaa ohuen kaasuurikerroksen sen ja pöydän väliin. Toisin sanoen, kuivajää kelluu hieman omasta kaasustaan johtuen. Tämä on täsmälleen sama periaate kuin ilmatyynyaluksessa (hovercraft), joka nousee ja etenee ilman voimalla.

Koska kuivajää on ilmassa, kitkavoima pöytää vastaan pienenee äärimmilleen. Se, miten se liukuu sulavasti eteenpäin, ikään kuin painottomassa tilassa, kun sitä tönäisee kevyesti sormella, on todella vaikuttavaa. Kokeillaan tänään opetella tasaisen suoraviivaisen liikkeen periaatetta hauskalla tavalla tämän ilmiön avulla.

Tieteen resepti

Tarvikkeet: Noin 1 kg kuivajäätä, yksi iPad per ryhmä.

※ Kuivajäätä varten kannattaa selvittää lähin jäämyyjä tms. Minua palvelee Asahi Hyougyou. http://www.icenet.or.jp/asahi/

Kyseessä on perinteinen jäämyyjä, josta voi ostaa kuivajäätä alkaen 1 kg, hintaan noin 500 jeniä. Nykyään se on kätevästi ostettavissa myös Amazonista.

【Opettajan muistiinpanot】 Vaikka kuivajäätä säilytettäisiin pakastimessa, se sublimoituu ja katoaa noin kahdessa päivässä. Siksi kannattaa tilata se toimitettavaksi päivänä, jolloin on mahdollisimman monta tuntia.

Kokeellinen menetelmä: Koe kitkattomuus

① Murskaa kuivajää noin 5 cm:n kuutioiksi ja jaa ne ryhmille (murskaa vasaralla tms.). Muodon ei tarvitse olla tarkka.

② Kokeile liu’uttaa sitä tasaisella pöydällä. 【Salainen vinkki】Jos mahdollista, kokeile suihkuttaa etyylialkoholia kuivajään pohjaan ja kostuttaa se ensin, jolloin liuku on vieläkin sulavampi. Tämä johtuu siitä, että alkoholi ei jäädy helposti, ja se muodostaa tasaisen kalvon.

Viuuh!

Viuuuh-suihk!

Katso ehdottomasti video nähdäksesi, miltä todellinen liike näyttää. Se liukuu ilahduttavan sulavasti.

③ Hyödynnä myös nykyaikaista tiedetekniikkaa. Ota kuva iPadilla stop motion -sovelluksella tai vastaavalla.

Seuraavat kuvat ovat oppilaiden ottamia. Koska esine on kuvattu tasaisin välein, on heti selvää, että ”nopeus ei muutu (tasainen nopeus)” ja että se ”etenee suoraan (suoraviivainen liike)”.

Kokeile samalla myös kuivajääcurlingia!

Kun olet oppinut, etsi tiedettä leikin keskeltä. Olisi sääli lopettaa kokeiluun, kun kuivajää on kerran hankittu, eikö totta? Muutetaan luokkahuone curling-radaksi!

Tarvikkeet: Kuivajäätä, teippiä, vasara, työkäsineet.

Ohjeet:

① Teippaa pöytään maali. Tämä toimii ”pesän” (ympyrän) sijasta.

Tehdään myös lähtöviiva.

② Murskaa kuivajää sopivan kokoisiksi palasiksi vasaralla.

【Turvallisuusohje】 Muista käyttää työkäsineitä tässä vaiheessa. Kuivajää on erittäin kylmää, miinus 79 astetta, ja sen koskettaminen paljain käsin voi aiheuttaa paleltumia. Aikuisen on aina oltava mukana, jos kokeen tekee lasten kanssa.

③ Laita työkäsineet käteen ja liu’uta kuivajäätä lähtöviivalta. Keskimmäiseen kehykseen (punaisen teipin sisällä) osumisesta saa 100 pistettä, ja ympäröivään kehykseen osumisesta 50 pistettä. Liuta viisi kertaa ja laske kokonaispistemäärä.

Pystyt varmasti tuntemaan nahan alla ”hitauden” ja ”pienen kitkan” välisen taistelun, joka riippuu vain siitä, miten paljon voimaa käytät.

Yhteydenotto ja toimeksiannot

Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut helposti ymmärrettäviä ohjeita hauskoihin tiedekokeisiin, jotka voi tehdä kotona, sekä vinkkejä niiden toteuttamiseen. Kokeile etsiä lisää!

・Tieteen muistikirjan sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä ・Tietoja ylläpitäjästä, Kenkichi Kuwakosta, täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoitukset, luennot, kokeelliset luokat, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!

Tieteen muistiinpanot -kanava 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。