Kenkichi Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on koe.

Tiedekokeet Wild Mini 4WD -autojen avulla

Tiedättekö Tamiya ”Wild Mini 4WD” -autot? Tavalliset Mini 4WD:t ovat nopeita ja virtaviivaisia koneita, jotka kilpailevat nopeudesta, mutta Wild Mini 4WD:ssä on kaksi tai kolme kertaa suuremmat, rosoiset renkaat ja runko, ja se ylittää esteet kevyesti. Niillä on todellakin ”maastoajoneuvojen kuninkaan” ulkonäkö.

Kun niillä ajaa ulkona, ero tavallisiin Mini 4WD:ihin näkyy selvästi. Kun katselin tätä Wild Mini 4WD:tä, huomasin jotain. Sen suuret, kumilla päällystetyt renkaat ovat sisältä ontot ja ne muotoutuvat tarttumaan maahan, jolloin kitkavoima kasvaa. Toisin sanoen niiden pito on erittäin vahva.

”Tätä saattaisi voida käyttää kitkavoimakokeissa!”

Ostin kaksi autoa sillä ajatuksella ja kokeilin niillä kaikenlaista. Huomasin, että niillä voi tehdä erittäin mielenkiintoisia kokeita, jotka tekevät fysiikan lait näkyviksi. Tänään esittelen ”Tieteen reseptin” Wild Mini 4WD -autojen avulla.

Tieteen resepti

Tavoite:

Asetetaan kaksi Wild Mini 4WD -autoa vastakkain ja järjestetään niille ”köydenveto”. Tavoitteena on selvittää, kumpi auto voittaa, kun muutamme kitkavoimaan vaikuttavia tekijöitä: kitkakerrointa (pinnan karheus) ja normaalivoimaa (paino).

Tarvikkeet:

Wild Mini 4WD (2 kpl), lankaa (esim. leijalankaa), painoja (käy esim. mandariinit), rättejä, hiomapaperia, alusta (esim. muovilevy).

Menetelmä:

① Kokoa kaksi Wild Mini 4WD -autoa. 【Tärkeä huomio】 Järjestä tässä vaiheessa paristokoteloon johdot siten, että auto toimii yhdellä paristolla (1,5 V). Jos käytät alkuperäistä kahta paristoa (3 V), moottorin vääntömomentti (pyörimisvoima) on liian suuri, jolloin auto nousee pystyyn ja kaatuu heti köydenvedon alkaessa, eikä koe onnistu.

② Sido kahden Wild Mini 4WD:n perät yhteen leijalangalla.

③ Laita molempien autojen kytkimet päälle samanaikaisesti ja anna niiden vetää köyttä. Jos olosuhteet ovat samat, ne pysyvät tasapainossa pyörien vain tyhjää. (Itse asiassa tämäkin saa oppilaat jo huutamaan ”Vau!”)

④ Aseta tässä tilassa toisen auton alle ”rättiä”, ”hiomapaperia” tai ”alusta” (muovilevy) ja muuta pinnan olotilaa ja tarkkaile, kumpi autoista liikkuu.

⑤ Laita toisen Mini 4WD:n päälle ”paino” (esim. mandariini) ja muuta painoa ja tarkkaile, mitä tapahtuu.

Esimerkiksi, kun päälle laitetaan mandariini…

Tulokset:

Koe tuottaa intuitiivisesti mielenkiintoisia tuloksia. Liukkaalla alustalla (muovilevy) renkaat luistavat ja auto häviää, mutta rätin tai hiomapaperin päällä se saa pitoa ja voittaa. Lisäksi on selvää, että auto, jonka päälle on asetettu paino (mandariini), on selvästi vahvempi köydenvedossa.

Tieteen selitys: Miksi ”raskaampi” voittaa?

Lukion fysiikan tehtävissä mainitaan usein ehto ”kun kitkavoima voidaan jättää huomiotta” (oletetaan kitkattomuus). Tämän vuoksi monilla saattaa olla mielikuva, että kitkavoima on paha häiritsijä, joka estää liikkeen. Autoille ja Mini 4WD:lle kitkavoima on kuitenkin välttämätön voima eteenpäin liikkumiseksi (vetovoima).

Aivan kuten ei voi juosta jäällä liukastelematta, auto voi edetä eteenpäin vain siksi, että renkaat tarttuvat maahan (kitkan ansiosta), mikä tuottaa vastavoiman. Jos ajat Wild Mini 4WD:tä kädelläsi, tunnet varmasti renkaiden voiman, joka potkaisee ihoa vasten. Tämä on kitkavoiman todellinen luonne.

Renkaan vaikutus-vastavaikutussuhde

Tässä köydenvedossa voittamiseksi tarvitaan suurempi kitkavoima. Kitkavoiman suuruus esitetään seuraavalla yksinkertaisella kaavalla:

F ＝ μN

(Suurin kitkavoima = Lepokitkakerroin × Normaalivoima)

Sovelletaan tätä kaavaa tähän kokeeseen:

• μ (myy): Lepokitkakerroin Tämä kuvaa ”pinnan liukkaudettomuutta” (karheutta). Kun alustana käytetään rättiä tai hiomapaperia, tämä arvo kasvaa, kitkavoima kasvaa ja auto voittaa.
• N (ee): Normaalivoima Tämä on voima, jolla pinta tukee esinettä. Tasaisella pinnalla se on verrannollinen ”painoon”. Kun päälle asetetaan paino tai mandariini, renkaat painuvat lujemmin maata vasten, kitkavoima kasvaa ja auto voittaa.

Kun auto on painava ja kun se on kevyt

Kun pyydämme oppilaita tekemään ennusteita, jotkut ajattelevat: ”Eikö painavampi häviä, koska se liikkuu vaikeammin?” Kuitenkin, aivan kuten sumopainissa, työnnössä (tai vedossa) raskaampi on edullisemmassa asemassa, koska se pystyy tarttumaan maahan lujemmin. Tämä on suositeltava koe, koska oppilaat ymmärtävät kitkan kaavan helposti nähtyään Mini 4WD -autojen kilpailevan edessään, ei vain teoriassa.

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。