Varjot paljastavat fysiikan salaisuudet! Tasaisen ympyräliikkeen ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen yllättävä yhteys

Ken Kuwako, tiedevalmentajasi tässä. Jokainen päivä on uusi koe.

Oletko koskaan lumoutunut seinälle heijastuvista varjoista, jotka liikkuvat rytmikkäästi kuin elävät olennot? Fysiikan maailmassa varjolla on yllättävän merkittävä rooli. Tällä kertaa käytämme varjojen voimaa paljastamaan kahden ensisilmäyksellä erilaisen liikkeen – pyörimisen ja heilahtelun – välisen salaisen yhteyden.

Ympyrän ja heilunnan maaginen yhteys

Monet lukiofysiikan opiskelijat kokevat haastavaksi aiheen nimeltä harmoninen värähtely. Se on se tietty rytmikäs liike, jossa vaikkapa jouseen ripustettu paino heilahtelee ylös ja alas.

Todellisuudessa tämä monimutkaiselta vaikuttava liike avautuu aivan uudella tavalla, kun sitä tarkastellaan tasaisen ympyräliikkeen sovelluksena. Fysiikassa käytetään symbolia ω (kulmanopeus) kuvaamaan pyörimisliikkeen nopeutta, mutta sen yhdistäminen värähtelyyn pelkästään pään sisällä voi olla vaikeaa.

Siksi päätin toteuttaa kokeen, jossa valaisemme pyörivää palloa sivulta ja tarkkailemme sen heijastamaa varjoa. Inspiraation sain suositun tiedeohjelman varjoasetelmista. Katsohan alla oleva video – kiinnitä huomiota varjojen luomaan uskomattomaan synkroniaan!

Kokeen kulissien takana: Mitä tarvittiin?

Rakensin koeasetelman hyödyntämällä luovasti fysiikan luokan vakiovarusteita.

Kaksi jousta, punnus (100g), hehkulamppu, teline, pyörivä alusta, punainen pallo ja teippiä kiinnitykseen

Kun pyöriminen ja värähtely kohtaavat

Kokeen juju on asettaa tasaisessa ympyräliikkeessä oleva pallo ja jousen varassa värähtelevä punnus vierekkäin ja luoda niistä varjot samanaikaisesti.

Ylhäältä katsottuna pallo piirtää täydellistä ympyrää.

Mutta kun valaisemme niitä sivulta ja katsomme valkokankaalle ilmestyvää varjoa…

Mitä huomaat? Ympyräliikkeen varjo ja jousen varassa heilahtelevan punnuksen varjo liikkuvat ylös ja alas täsmälleen samassa tahdissa, aivan kuin ne olisi yhdistetty näkymättömällä langalla.

Tämä on fysiikan ydin: harmoninen värähtely on oikeastaan vain sivulta katsottua ympyräliikettä. Kun tämän yhteyden oivaltaa, kaavoissa esiintyvä ω ei ole enää vain kirjain, vaan varjon liikettä hallitseva pyörimisen syke.

Tiedeluokan elämyksiä digitaalisesti

Oppitunneilla panostan elämyksellisyyteen ja teen kokeet livenä oppilaiden edessä. Vaikka elämme digitaalista aikaa, varjojen kohtaamisen näkeminen omin silmin jättää pysyvän muistijäljen. Jotta mahdollisimman moni voisi kokea tämän oivalluksen itse, loin simulaattorin Scratch-ohjelmointityökalulla. Voit kokeilla sitä alta ja nähdä itse, miten ympyräliike muuttuu varjoksi (värähtelyksi).

Fysiikka on tiedettä, joka etsii näkymättömiä lainalaisuuksia. Toivon, että varjojen kautta pystyit tuntemaan edes hieman sitä riemua, joka syntyy, kun erilliset ilmiöt loksahtavat paikoilleen.

Yhteydenotot ja lisätiedot

Tee tieteen ihmeistä osa arkeasi! Olen koonnut helppoja ja hauskoja kotikokeita ja vinkkejä sivustolleni. Tutustu rohkeasti!
・Tiedeblogini parhaat palat on nyt julkaistu kirjana. Lue lisää täältä.
・Lisätietoa kirjoittajasta (Ken Kuwako) löydät täältä.
・Yhteydenotot (luennot, työpajat, median konsultointi jne.) voit jättää tänne.
・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!

Katso koevideoita Tieteen niksikanavalta!

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。