Voiko ympyrä muuttua aalloksi? Scratchilla piirretty siniaallon salaperäinen ja kaunis maailma (fysiikan ja matematiikan oppimateriaali)
Olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Minulle jokainen päivä on kiehtova koe.
”Ympyrä” ja ”aalto”. Mitä muotoja teille tulee mieleen näistä kahdesta sanasta?
Toinen on kuin karuselli, joka pyörii ympäri ja ympäri, ja toinen on kuin veden seinämä, joka keinuu rauhaisasti merellä. Ensisilmäyksellä ne saattavat vaikuttaa täysin eri asioilta, mutta tieteen ja matematiikan maailmassa ne ovat kuin erottamattomat b>kaksoset.
Tässä artikkelissa esittelen itse kehittämäni digitaalisen opetusmateriaalin, jonka avulla voit ymmärtää intuitiivisesti, miten tämä ”pyöriminen” muuttuu ”keinumiseksi”. Vaikka fysiikka tai matematiikka tuntuisivat hieman haastavilta, pelkkä videon katsominen saa varmasti ahaa-elämyksen aikaan!
Otsikko 3: Visualisoidaan hetki, jolloin pyöriminen muuttuu aalloksi
Fysiikan tunneilla ”ympyräliikkeen” tai ”siniaallon” selittäminen pelkkien sanojen ja kaavojen avulla on itse asiassa melko uuvuttavaa työtä. Abstraktien käsitteiden hahmottaminen pelkästään pään sisällä on vaikeaa. Siksi loin simulaation käyttämällä Pyonkeetä (iPad-versio Scratch-sovelluksesta), jotta kuka tahansa voi ymmärtää mekanismin yhdellä silmäyksellä.
Suunnittelun lähtökohtana on, että simulaatio heijastetaan projektorilla liitutaululle, ja koko luokka pohtii yhdessä: ”Miten tämä pallo liikkuu juuri nyt?”. Liikettä voi hidastaa tai nollata kesken kaiken tilanteen mukaan.
Kun ympyräliikettä katsotaan sivulta ”varjona”, esiin tulee säännöllisesti ylös ja alas suuntautuva ”harmoninen värähdysliike”. Katsotaanpa ensin tämä video, joka havainnollistaa ilmiötä.
Aluksi se näyttää vain tavalliselta ympyrää kiertävältä pallolta, mutta…
Kun simulaation ”valokatkaisija” laitetaan päälle, seinälle heijastuu varjo. Silloin tapahtuu jotain maagista: ympyräliike muuttuukin pystysuuntaiseksi heilahdukseksi.
Ruudun musta nuoli kuvaa nopeutta ja punainen nuoli kiihtyvyyttä. Nopeutta voi säätää yhdellä napilla, joten voimme rauhassa havainnoida ja kysyä: ”Missä vauhti on kimmovimmillaan?” tai ”Pysähtyykö liike hetkeksi?”. Älytaulua käytettäessä liikkeen päälle voi suoraan kirjoittaa arvoja, kuten jaksonajan tai kulmanopeuden, mikä auttaa hahmottamaan kokonaisuutta entistä paremmin.
Kokeile ihmeessä simulaatiota itse täällä: https://scratch.mit.edu/projects/235282757
Tässä on tähän liittyvää lisämateriaalia:
Siirtymä (paikan muutos)
Nopeus
Kiihtyvyys
Seuraavaksi esittelen materiaalin, jossa ympyräliike piirtää kauniin aaltokuvion (siniaallon).
Kolme palloa paljastavat liikkeen salaisuuden
Tässä simulaatiossa kolme eriväristä palloa jakavat tehtävät ja opettavat meille, mistä ”liikkeessä” on kyse.
Oranssi pallo: Vastaa vasemmalla puolella tasaisella nopeudella pyörivästä ”tasaisesta ympyräliikkeestä”. Se on kaiken liikkeen alkulähde.
Vihreä pallo: Seuraa uskollisesti vain oranssin pallon ”korkeutta” ja näyttää ylös-alas suuntautuvan ”harmonisen värähtelyn”. Se on kuin ympyräliikkeen varjo.
Sininen pallo: Kun tähän pystysuuntaiseen heilahteluun lisätään ”ajan kuluminen” (liike vaakasuunnassa), se piirtää kauniin ”siniaallon (y-t-kuvaaja)”.
Kun asioita tarkastellaan tässä järjestyksessä, huomaamme, että ympyräliike ja aalto ovat itse asiassa sama ilmiö, jota katsotaan vain eri näkökulmista. Tämä ei ole vain avain fysiikan syvempään ymmärtämiseen, vaan se auttaa myös hahmottamaan, mitä matematiikan trigonometriset funktiot (sini ja kosini) todellisuudessa edustavat.
Tämän opetusmateriaalin luominen vaati paljon kokeiluja. Pohtiessani, miten koodata liikkeestä mahdollisimman luonnollinen, tuntui kuin olisin muovaillut savea.
Lopullinen tavoitteeni ei ole vain tehdä näitä itse, vaan se, että opiskelijat voisivat itse ilmaista fysiikan ilmiöitä ohjelmoinnin kautta.
Sen sijaan, että vain muistettaisiin asioita oppikirjasta, on tärkeää rakentaa liike itse, säätää arvoja ja toisintaa ilmiö. Itse rakennettu tieto on oppimista, jota ei unohda koskaan. Aion itsekin hioa Scratch-taitojani ja etsiä uusia tapoja oppia yhdessä teidän kanssanne.
Yhteydenotot ja tiedustelut
Tiedettä ja sen ihmeitä lähemmäs arkea! Olen koonnut helppoja ja hauskoja tiedekokeita, joita voi tehdä kotona. Tutustu ja inspiroidu! ・Tiedeblogini on nyt myös kirjana! Katso lisää täältä ・Lue lisää minusta (Ken Kuwako) täältä ・Yhteydenotot (kirjoitusyhteistyö, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi jne.) täältä ・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Tiedekonstien kanavalla julkaistaan koevideoita!
５月のイチオシ実験！
キーンと冷えるドライアイス！気温が上がってくるこの時期・ドライアイスを使った昇華・凝結・等速度直線運動の実験はいかが？
液体ゼロ！ドライアイスが消えるまでの３時間を科学する（昇華・凝結・等速度直線運動）
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 4月30日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ）の科学監修を担当しました。
- 5月8日（金）理科教育ニュースを担当しました。
- 6月14日（日） 千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
- 6月26日（金） 千葉大学の公開研究会（中学理科について授業公開予定）
- 7月18日（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。
書籍のお知らせ
- 『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。
各種SNS（更新情報をお届け！）
X(Twitter)／instagram／Facebook（日本語）
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。
