Hallitse fysiikan vaikea aihe: spiraaliliike! Astu oppikirjan ulkopuolelle 3D-graafien avulla (Grapher & GeoGebra)
Tervehdys! Olen fysiikan valmentaja Ken Kuwako. Minulle jokainen päivä on uusi kokeilu.
Oletko koskaan halunnut herättää fysiikan oppikirjan staattiset kaaviot eloon ja pyöritellä niitä kolmiulotteisina mielessäsi? Se, mikä paperilla näyttää vain monimutkaiselta kierteeltä, kätkee sisääensä hämmästyttävän kauniita ja dynaamisia maailmankaikkeuden lakeja, kun sitä tarkastelee uudesta kulmasta.
Tällä kertaa et tarvitse erityisosaamista tai kalliita ohjelmistoja! Esittelen teille, miten Macin kätketty helmi auttaa selättämään fysiikan pähkinän: spiraaliliikkeen eli helikaalisen liikkeen. Virittäydy ensin tunnelmaan ja katso spiraaliliikkeen visuaalinen malli tältä sivustolta:
「Lukiofysiikan CG-oppimateriaalit」
Macin salainen ase: Grapher
Luulitko, että 3D-kuvaajien luominen vaatii koodaustaitoja tai ammattilaistason analyysiohjelmia? Todellisuudessa jokaisella Mac-käyttäjällä on valmiina tehokas työkalu, joka on täysin ilmainen. Sen nimi on Grapher.
Vaikka ohjelma on harmillisen vähän tunnettu, sen avulla loihdit upeita 3D-malleja vain syöttämällä matemaattisia kaavoja. Tänään mallinnamme lukiofysiikan sähkömagnetismista tuttua ilmiötä: varatun hiukkasen spiraaliliikettä. Kun hiukkanen syöksyy viistosti tasaiseen magneettikenttään, siihen vaikuttaa mystinen Lorentz-voima, joka saa hiukkasen etenemään ympyrää piirtäen – eli spiraalina.
Itse asiassa tämä liike on avainasemassa upeiden revontulien synnyssä. Auringosta sinkoutuvat varatut hiukkaset jäävät loukkuun Maan magneettikenttään ja kulkevat spiraalia pitkin kohti napa-alueita. Matkalla ne törmäävät ilmakehän hiukkasiin ja syttyvät loistamaan revontulina.
Tämä ilmiö on usein opiskelijoiden kauhu koetilanteissa, sillä 3D-liikkeen hahmottaminen kaksiulotteisesta paperista on todella vaikeaa. Tässä kohtaa 3D-graafit pelastavat päivän!
Tehdään fysiikasta elävää pelkillä kaavoilla
Tältä lopputulos näyttää. On todella palkitsevaa nähdä liikkeen elävän ruudulla:
Grapherin hienous on siinä, että voit syöttää siihen matemaattisia yhtälöitä suoraan. Tämän spiraaliliikkeen takana on vain muutama taikasana:
Kun kirjoitat nämä ja klikkaat, spiraali syntyy silmiesi eteen.
Logiikka on yksinkertainen: x-suunnassa (etenemisvauhti) hiukkanen liikkuu tasaisesti (x=0.2t), ja y- sekä z-suunnissa käytetään sinin ja kosinin yhdistelmää. Näin syntyy kierre, joka etenee eteenpäin. Kun graafi on valmis, voit tarkastella sitä hiirellä mistä tahansa kulmasta.
Yleisnäkymä viistosti yläviistosta!
Suoraan edestä (x-akseli) katsottuna se on täydellinen ympyräliike!
Sivulta katsottuna se on tasainen sinikäyrä!
Ylhäältä katsottuna se on tasainen kosinikäyrä!
Jos sinulla ei ole Macia, suosittelen selainpohjaista Geogebraa. Se on loistava työkalu, jossa voit samalla tavalla luoda grafiikkaa kaavoilla – se on kuin matemaattinen piirustusohjelma.
Tässä on vielä toisen opettajan tekemä erittäin selkeä mallinnus. Aivan mahtavaa työtä!
「charged particle in magnetic field」https://www.geogebra.org/m/afphxyqj
Voit muuttaa parametreja ja tarkastella liikettä eri suunnista. Se todella auttaa ymmärtämään, mitä tapahtuu.
Ylhäältä katsottuna…
Mitä pidätte? Olin itse aivan innoissani, kun löysin nämä työkalut. Suuri kiitos kehittäjille! Matematiikka ja fysiikka muuttuvat huomattavasti helpommin lähestyttäviksi näiden avulla. Elämme hienoa aikaa!
Uusi näkökulma on avain ymmärrykseen
Fysiikan ongelmia ratkoessa tärkeintä on kyky katsoa asioita monesta kulmasta. Kun pyörittelet 3D-graafia ja oivallat visuaalisesti, mistä kohdasta ilmiötä kannattaa tarkastella, kaavojen merkitys loksahtaa paikalleen.
Fysiikka on maailmankaikkeuden pelisääntöjen selvittämistä. Grapherin kaltaiset työkalut tekevät näistä säännöistä näkyviä ja ymmärrettäviä. Kokeilkaa rohkeasti piirtää omia funktioitanne ja fysiikan ilmiöitä 3D-muodossa. Oppikirjan mustavalkoinen maailma muuttuu takuulla värikkääksi!
Yhteydenotot ja tiedustelut
Haluatko tuoda tieteen ihmeet lähemmäs arkea? Koostan sivustolleni hauskoja kotikokeiluja ja selkeitä vinkkejä tieteen maailmaan. Tervetuloa tutustumaan!
・Science Notebook on nyt myös kirjana. Lue lisää täältä.
・Lisätietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä.
・Yhteistyöpyynnöt (artikkelit, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi jne.) täältä.
・Seuraa päivityksiä X:ssä!
Tieteen niksikanava – katso koevideot täältä!
４月のイチオシ実験！
- 光の魔法CMYウォーターキューブ：光の魔法を体験せよ！水を注ぐと新たな立方体が出現する魔法のような実験です。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 4月9日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ ）の科学監修を行いました。夜7時〜となります。
書籍のお知らせ
- サクセス15 ４月号にて、野球の科学について記事を執筆しました（2026/3）
- 『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・研究等のお知らせ
- 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」について発表しました。
- 6/14（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
- 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。
- Hallitse fysiikan vaikea aihe: spiraaliliike! Astu oppikirjan ulkopuolelle 3D-graafien avulla (Grapher & GeoGebra)
- Tee opetuksesta uusi kokemus! Helppo ja selkeä mitoosin havainnointiohje safraniiniliuoksella
- Vihreä maailmankaikkeus mikroskoopissa! Tutki eläviä soluja vesiruton avulla
- Omenan pohjassa piilee “kukan muisto”. Ovatko mansikka ja omena molemmat “huijareita”? Yllättävä totuus siitä, mitä oikeasti syömme
- Sukella mikroskoopin pieneen universumiin! Opas biotoopista löytyvien “liikkuvien taideteosten” havainnointiin
- Paljasta äänen todellinen olemus! Koe aaltojen tiede ja visualisoinnin taika GeoGebran avulla
- Voiko läpinäkyvä putki paljastaa taian? Näe energian säilymisen laki omin silmin! (Sopii myös putoamiskiihtyvyyden mittaamiseen!)
- Etkö pidä kaavoista, mutta voisit rakastua fysiikkaan? Kurkista 3D-sähkökenttäviivojen maailmaan GeoGebralla (pistevaraukset ja sähkökenttä)
- Taikatemppu siistiin kakkuun! “Pakastetut kynttilät” paljastavat yllättävän tieteen (parafiinin sulamis- ja kiehumispiste)
