Sateenvarjopussi taikalangaksi? Valokuidun salaisuus ja kokonaisheijastuksen koe hetkessä ymmärrettynä

Hei, olen tiedevalmentaja Ken Kuwako! Joka päivä on uusi kokeilu.

Viime kerralla teimme sateenvarjopussilla kokeen valon sironnasta, joka selittää taivaan sinisyyden ja auringonlaskun punerruksen. Tänään sukelletaan modernin maailman valtavan infrastruktuurin, eli valokuidun, saloihin!

Mitä valokuitu oikein on?

Mitä sinulle tulee mieleen sanasta valokuitu? Kun kysyn tätä oppilailtani, he yleensä vain rypistävät kulmiaan ja ihmettelevät. Eihän se mikään ihme ole, onhan kyseessä näkymättömissä oleva asia. Mutta kun näytän heille ihan oikean kuidun ja annan valon loistaa sen toisesta päästä, oppilaiden ilmeet kirkastuvat välittömästi.

”Hei! Tuohan on kuin ne joulukuusen kimaltelevat koristeet!”

Aivan, valokuidut ovat nykyään tuttuja monista koristevaloista. Mutta niiden todellinen voima ei ole pelkässä kauneudessa. Valokuitu on nyky-yhteiskunnan elämänlanka, joka mahdollistaa huippunopean internetin ja auttaa lääkäreitä tutkimaan kehon sisäosia tähystyskameroiden avulla. Kaiken takana on ilmiö nimeltä kokonaisheijastus, joka vangitsee valon kuidun sisään niin, ettei pisaraakaan karkaa ulos.

Tämä taikuus saattaa kuulostaa monimutkaiselta, mutta kokeillaanpa luoda se itse sateenvarjopussin avulla!

Tieteen resepti: Sateenvarjopussi-valokuitu!

Tarvikkeet:

• Paksu pilli tai sateenvarjopussi (mahdollisimman läpinäkyvä)
• Saippuaa (esim. nestesaippua, tiskiaine tai kylpysuolat käyvät)
• Vettä
• LED-valo
• Laserpointteri (tämän kokeen tähti!)

Vaiheet:

Täytä sateenvarjopussi vedellä. Lisää sekaan vain hiuksenhieno määrä saippuavettä – noin 1–3 tippaa riittää! Liika saippua pilaa kokeen. Pieni säätäminen on tiedemiehen perustaito.

Miksi saippuaa tarvitaan? Se saa veteen aikaan mikroskooppisen pieniä hiukkasia (kolloidihiukkasia). Kun laservalo osuu näihin hiukkasiin, valo siroaa eri suuntiin. Tätä kutsutaan Tyndall-ilmiöksi, ja sen ansiosta voimme nähdä ”valon polun” selvästi.

Pimentäkää huone mahdollisimman hyvin. Nyt alkaa kokeen jännittävin osuus.

Suuntaa laserpointterin valo varovasti pussin päästä sisään.

Katso tämä video:

Kun osoitat laserilla pillin päästä, valo ei karkaa ulos, vaikka ampuisit sen vinosti. Se kimpoilee seinämistä kerta toisensa jälkeen ja kulkee suoraan toiseen päähän. Tällöin koko pilli hehkuu punaisena kuin jalokivi!

Huom! Jos saippuavettä on liikaa, valo pysähtyy alkuunsa eikä pääse pussin loppuun asti. Täydellinen ”laimeus” on onnistumisen avain.

Sitten se tärkein vaihe: Kokeile muuttaa laserin kulmaa hitaasti.

Kun valo osuu seinämään riittävän loivassa kulmassa… tulee hetki, jolloin valo ei enää karkaa pussista ollenkaan! Se alkaa kulkea siksakkia pussin sisällä heijastuen jatkuvasti.

Tämä on valon taikuutta – kokonaisheijastus!

Kun valo yrittää siirtyä vedestä ilmaan, mutta kulma on liian loiva, veden ja ilman raja toimii kuin peili. Se heijastaa kaiken valon takaisin. Oikea valokuitu on suunniteltu niin tarkasti, että tämä heijastus jatkuu loputtomiin, jolloin tieto voi kulkea tuhansien kilometrien päähän.

Jos taas kulma on jyrkkä (lähes suorassa seinämää vasten), valo menee seinämän läpi ja karkaa ulos. Tätä kutsutaan taittumiseksi.

Kokemus nopeuttaa oppimista

Ennen kuin tuijotat oppikirjan kaavioita tai ratkot kaavoja, haluan sinun kokevan itse, miltä tuntuu hallita ja vangita valoa. Oma kädenjälki kokeessa on se kipinä, joka sytyttää mielenkiinnon fysiikkaan.

Kokeeseen tarvittava sateenvarjopussi löytyy usein kauppojen eteisestä sadepäivinä – muista valita mahdollisimman kirkas ja läpinäkyvä malli.

Jos haluat syventyä aiheeseen lisää, olen selittänyt kokonaisheijastusta ja rajakulmaa tarkemmin videollani. Käy kurkkaamassa!

Miksi timantti kimaltelee niin kauniisti? Miksi veden alta on vaikea nähdä taivaalle? Kaikki nämä kysymykset liittyvät kokonaisheijastukseen. Tule mukaan katsomaan maailmaa tieteen silmin!

Yhteydenotot ja tiedustelut

Tieteen ihmeitä ja iloa lähempänä sinua! Olen koonnut helppoja ja hauskoja kotikokeita vinkkeineen. Tutki ja kokeile rohkeasti!

• Tiedemuistiinpanot ovat nyt kirjana. Katso lisää täältä • Lue lisää minusta (Ken Kuwako) täältä • Yhteydenotot (luennot, työpajat, TV-työt jne.) täältä • Seuraa päivityksiä X-palvelussa!

Tiedekanava tarjoaa lisää 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。