Paljasta näkymätön voima! Voima-anturilla kohti toiminnan ja vastavoiman peilimaailmaa
Tiedevalmentaja Ken Kuwako tässä. Elämä on yksi suuri koe.
Oletko koskaan fysiikan tunnilla – joko opiskelijana tai opettajana – toivonut, että voimat olisivat näkyviä? Fysiikan maailmassa voima on kaiken perusta, mutta koska se on silmille näkymätön, sen hahmottaminen pelkän mielikuvituksen varassa voi olla todella haastavaa. Erityisesti yläkoululaisille mekaniikka muodostuu usein ensimmäiseksi suureksi kynnykseksi juuri tämän vuoksi.
Digitaalinen sensoriteknologia on onneksi täällä tuomassa tämän näkymättömän maailman elävästi silmiemme eteen. Monet saattavat karsastaa mittalaitteita niiden hinnan tai monimutkaisen säädön pelossa, mutta jo yksi ainoa opettajan tekemä havaintoesitys voi muuttaa oppitunnin vaikuttavuuden täysin. Tänään esittelen, miten käytän suosikkejani – Narikan EasySense-keskusyksikköä ja voima-anturia – visualisoimaan fysiikan keskeistä periaatetta: voiman ja vastavoiman lakia.
Näkymätön voima näkyväksi! Voima-anturin taikaa
Fysiikan ymmärtämisen kannalta on ratkaisevaa, pystyykö hahmottamaan voiman vektorina, jolla on sekä suunta että suuruus. Tässä voima-anturi on korvaamaton apuri.
Klassisin esimerkki visualisoitavasta ilmiöstä on tietysti voiman ja vastavoiman laki. Tiedättehän sen: kun lyöt seinää, seinä lyö takaisin täsmälleen samalla voimalla. Vaikka teorian tuntisikin, on vaikea todella nähdä sitä hetkeä, kun kaksi täsmälleen yhtä suurta mutta vastakkaista voimaa kohtaavat. Tässä kokeessa käytämme kahta anturia. Asetamme ne niin, että toisen kuvaaja liikkuu positiiviseen ja toisen negatiiviseen suuntaan. Näin saamme näkyviin peilikuvan kaltaisen voimien liikkeen.
Tiederesepti: Todista voima ja vastavoima
Valmistelut
EasySense-laite, 2 kpl voima-antureita, Windows-tietokone, ultraäänianturi, 2 kpl mekaniikkavaunuja sekä lisäpainoja.
Tältä näyttää voima-anturi.
Ohjeet
① Kiinnitä kumpaankin vaunuun oma voima-anturinsa. ② Aseta vaunut vastakkain ja anna niiden törmätä toisiinsa.
③ Lisää toiseen vaunuun painoja (muuta sen massaa) ja toista törmäyskoe.
Koetulokset: Reaaliaikainen peilimaailma
Kun koe suoritetaan, tietokoneen näytölle piirtyy reaaliaikainen kuvaaja voiman muutoksista. Katsotaanpa ensin, miltä näyttää, kun painamme antureita tasaisesti toisiaan vasten.
Videolta näkyy hienosti, kuinka vihreä ja sininen viiva piirtyvät täsmälleen vastakkaisiin suuntiin painalluksen tahdissa. Kun toinen tekee vuoren, toinen tekee laakson. Grafiikka paljastaa armottomasti sen, miten jokainen työntö aiheuttaa välittömän vastatyönnön.
Tässä nimenomaisessa kokeessa toisen anturin nollaus oli hieman epätarkka, joten arvot eivät ole täysin identtiset, mutta voimme silti selvästi havaita, että vastakkaiset ja lähes yhtä suuret voimat syntyvät täsmälleen samalla sekunnin murto-osalla.
Kokeesta avautuva tieteen maailma
Tämän kokeen kiehtovuus piilee siinä, miten itsestäänselvältä tuntuva laki muuttuu eläväksi, monimutkaiseksi käyräksi. Vaikka ihminen painaisi anturia kuinka epäsäännöllisesti tahansa, vastapuolen anturi reagoi siihen täydellisesti ja palauttaa täsmälleen samanlaisen vastavoiman.
Voiman ja vastavoiman laki on syy siihen, miksi voimme kävellä ponnistamalla maasta, ja se on sama periaate, joka lennättää raketit avaruuteen. Kun kerran kokee graafisesti sen universaalin säännön, että jokaiseen omaan tekoon liittyy aina vastapuolen vaikutus, alkaa nähdä koko maailman jatkuvana voimien välisenä vuoropuheluna.
Tällä kertaa keskityimme voimaan ja vastavoimaan, mutta voima-anturi taipuu moneen muuhunkin. Sen voi kiinnittää vaikkapa heiluriin, jolloin voidaan tutkia langan jännitysvoiman ja kiihtyvyyden vaihteluita.
Suosittelen lämpimästi kokeilemaan näitä näkymättömän maailman paljastavia sensoreita joko oppitunneilla tai harrastuksena. Jos teillä on mielessä muita kekseliäitä tapoja hyödyntää näitä laitteita, kuulisin niistä mielelläni! Nautitaan yhdessä tieteen visualisoinnin riemusta.
Yhteystiedot ja tiedustelut
Tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs arkea! Olen koonnut sivuilleni selkeitä ohjeita kotona tehtäviin kokeisiin. Käy tutustumassa ja tee hakuja! ・Tieteen vinkkipankin sisällöt on nyt julkaistu kirjana. Lue lisää täältä. ・Lisätietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä. ・Yhteydenotot (kirjoitustyöt, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi jne.) täältä. ・Uusimmat päivitykset saatavilla X-palvelusta!
Tieteen vinkkikanava tarjoilee koevideoita!
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。
