Mitä tapahtuu, jos hyppäät 300 km/h kulkevassa luotijunassa? Puolikkaan superpallon koe paljastaa totuuden!
Tervehdys! Olen Ken Kuwako, tiedevalmentajasi. Jokainen päivä on uusi koe.
【Kuuntele tämä artikkeli radiona!】
”Jos hyppään 300 km/h kulkevassa luotijunassa, paiskaudunko takaseinään?”
Oletko koskaan miettinyt tätä? Ajatus tuntuu kieltämättä hurjalta, mutta käytännössähän niin ei käy. Tämän arkisen mutta kutkuttavan kysymyksen takana piilee yksi maailmankaikkeuden perussäännöistä: fysiikan laki nimeltään jatkuvuuden laki.
Oppikirjoista luettuna termi ”jatkuvuus” tai ”inertia” tuntuu usein kuivalta ja kaukaiselta. Vaikka meille sanotaan, että ”liikkeessä oleva kappale pyrkii jatkamaan liikettään”, moni jää silti raapimaan päätään. Jokin siinä ei vain tunnu loksahtavan kohdalleen.
Siksi fysiikan opettajana haluankin esitellä teille yllättävän kokeen, jossa käytetään erästä tuttua lelua. Tämän jälkeen junamysteeri selviää kertaheitolla ja tieteen maailma alkaa näyttää huomattavasti hauskemmalta!
Taikaväline: ”Puolikas superpallo”
Tämän päivän päätähtenä loistaa puolikas superpallo.
Vaikka se on vain lelu, se on samalla voimakas työkalu, joka auttaa meitä hyppäämään fysiikan muurien yli. Kuten nimikin sanoo, se on puolipallon muotoinen kuminen lelu. Kun sen kääntää nurin päin ja asettaa pöydälle, se napsahtaa takaisin muotoonsa ja ponnahtaa hurjaan vauhtiin!
Vaikka nimi ”puolikas superpallo” ei heti soittaisi kelloja, moni tunnistaa laitteen heti nähdessään sen pienenä imukuppimaisena ”poksahtavana” hyppyleluna.
Kun asetat tämän nurinpäin pöydälle, se sinkoutuu suoraan ylöspäin. Kyseessä on oppikirjaesimerkki pystysuorasta heittoliikkeestä, jossa kappale saa alkunopeuden ylöspäin. Löysin omani edullisesti sekatavarakaupasta – on huikeaa, miten vain eurolla voi päästä käsiksi fysiikan peruslähteille!
Lähdetäänpä ratkomaan junamysteeriä tämän pienen pomppijan avulla.
Tieteen resepti: Luotijunahypyn mysteeri haltuun
Tämä koe on helppo valmistella ja se toimii loistavana johdatuksena oppitunnille tai vaikkapa ideana kotitieteeseen.
Mitä tarvitset?
- Puolikas superpallo: Löytyy usein lelukaupoista tai halpahalleista.
- Dynaaminen vaunu: Koulun fysiikan luokan vakiovaruste. Kotona voit käyttää mitä tahansa herkästi rullaavaa alustaa.
Kokeen kulku ja jännittävät havainnot
-
Pysähdyksissä oleva hyppy
Kokeillaan ensin palloa paikallaan olevalla pöydällä. Huomaat, että se nousee suoraan ylös ja putoaa suoraan alas. Tämä on pystysuoran liikkeen perusmuoto.
- Hyppy liikkuvan vaunun päältä
Nyt alkaa varsinainen testi! Kuvitellaan, että tämä vaunu on ”luotijuna”. Laita vaunu liikkeelle ja anna pallon hypätä sen päältä kesken ajon.
Mihin pallo putoaa? Jääkö se vaunusta jälkeen, koska vaunu liikkuu eteenpäin?
Tulokset, jotka yllättävät!
Tämä koe saa yleensä yleisön kohahtamaan.
Ulkopuolisen tarkkailijan näkökulma:
Jos katsot vaunua sivusta, huomaat pallon piirtävän kaaressa eteenpäin suuntautuvan radan. Tämä johtuu siitä, että hypyn hetkellä pallolla on jo vaunun nopeus eteenpäin. Koska vaakasuunnassa ei vaikuta voimia, pallo jatkaa matkaansa samalla nopeudella eteenpäin jatkuvuuden lain ansiosta. Tätä kutsutaan vinoksi heittoliikkeeksi.
Vaunun kyydissä olevan näkökulma:
Mutta mitä jos olisit itse vaunun kyydissä? Näkisit pallon nousevan suoraan yläpuolellesi ja putoavan takaisin suoraan käteesi!
Tämä on juuri se syy, miksi et törmää seinään luotijunassa hypätessäsi. Sinä itse liikut samalla hurjalla vauhdilla kuin juna, ja hyppäessäsi tuo liiketila säilyy. Junan sisäisessä maailmassa asiat tapahtuvat siis aivan samalla tavalla kuin seisoessasi paikallasi maan tasalla.
Tämä jatkuvuuden laki on fysiikan aarre, jonka kaltaiset suuruudet kuin Galileo Galilei ja Isaac Newton aikoinaan hioivat. Eikö olekin kiehtovaa, että pienen lelun avulla voimme nähdä maailman samalla tavalla kuin nämä suuret tiedemiehet?
Analyysi simulaation avulla
Ymmärryksen syventämiseksi on hauskaa tarkastella heittoliikettä simulaatiolla. Scratch-alustalla tekemässäni mallissa voit nähdä, miten vaakasuora (tasainen liike) ja pystysuora (heittoliike) yhdistyvät.
https://youtu.be/r-65hTv9dfU
Monimutkaiselta näyttävä vino liike on todellisuudessa vain kahden yksinkertaisen liikkeen summa. Kun simulaatio piirtää radan näkyviin, tämä yhteys kirkastuu välittömästi.
Ennen kuin alat päntätä vaikeita kaavoja, kokeile nähdä ja ymmärtää ilmiö itse. Se on luonnontieteiden ja tutkimisen suurin suola!
Kysymykset ja yhteistyöpyynnöt
Tee tieteen ihmeistä osa arkeasi! Olen koonnut sivuilleni vinkkejä ja hauskoja kotikokeita. Tutustu rohkeasti! ・Lisää ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Yhteistyöpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi jne.) täältä ・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Tieteen niksikanava – katso koevideot täältä!
