Löytyikö akvaariosta “päätön olento”!? Sen salaisuus ja veden pinnalla leviävän fysiikan hämmästyttävät ilmiöt
Täällä tiedevalmentaja Ken Kuwako. Joka päivä on uusi koe.
Ja nyt pieni arvoitus. Katso ensin tämä video. Musta hahmo liikkuu kuvassa — mutta mikä ihme se oikein on?
Mitä ihmettä oikein tapahtuu!?
Päättömät eläimet näyttävät liikkuvan vedessä.
Keksitkö jo vastauksen? Kyseessä on oikeasti pingviini! Video on kuvattu Tokion Skytreen vieressä sijaitsevassa “Sumida Aquarium” -akvaariossa suoraan altaan pohjan alta ylöspäin. Kuvakulma saa meidät katsomaan pingviinejä aivan kuin veden alta käsin. Hassua kyllä, tästä suunnasta katsottuna niiden kaula näyttää katoavan kokonaan.
Fysiikkaa Sumida-akvaariossa
Kävin hiljattain Sumida-akvaariossa. Paikan vetonaula on valtava sisätiloissa oleva pingviiniallas. Toisesta kerroksesta altaaseen voi kurkistaa ylhäältä päin.
Ylhäältä katsottuna altaan sininen pohja näkyy hyvin.
Kun laskeutuu ensimmäiseen kerrokseen, allasta voi tarkastella alhaalta päin “pingviinin näkökulmasta”. Juuri siitä kuvakulmasta alkuvideokin oli kuvattu.
Mutta kun allasta katsoo veden alta ylöspäin, näkyy jotain todella erikoista.
Kun katsoo taivasta veden läpi, näkymä jakautuu selvästi kahteen osaan: alueeseen, josta ulkomaailma näkyy ja alueeseen, joka näyttää täysin siniseltä. Näyttää aivan siltä kuin veden pinnassa olisi pyöreä ikkuna.
Sama ilmiö näkyi myös Hakone-enin akvaariossa. Katso myös tämä video.
Sininen alue ei muuten ole taivasta, vaan altaan pohjaan maalattua sinistä betonia.
Miksi ulkomaailma siis näyttää siltä kuin se olisi leikattu näkyviin pyöreästä aukosta? Mikä tämän rajan oikeastaan muodostaa?
Syy löytyy kokonaisheijastuksesta!
Tämän ilmiön taustalla ovat valon taittuminen ja kokonaisheijastus. Kun nostaa katsetta hieman ja katsoo vinosti ylöspäin veden läpi, katon valot alkavat näkyä. Valolla on ominaisuus nimeltä “valon kulun käännettävyys”: jos seuraamme silmään saapuvan valon reittiä taaksepäin, voimme päätellä mistä valo on tullut.
Kun katsetta siirtää vähitellen alaspäin, tulee vastaan kohta, jossa näkymä muuttuu äkisti: ulkomaailma katoaa ja näkyviin jää vain altaan sininen pohja. Tätä rajakulmaa kutsutaan kriittiseksi kulmaksi.
Ilmiö voidaan laskea lukiossa opittavan Snellin lain avulla. Kun ilman taitekerroin on noin 1 ja veden noin 1,33, kriittiseksi kulmaksi saadaan noin 48°. (Lukiolaiset: kokeilkaa itse laskea se arcsin-toiminnolla!)
Toisin sanoen: kun veden alta katsotaan alle 48° kulmassa veden pintaan nähden, ulkomaailma näkyy. Mutta kun katselukulma muuttuu jyrkemmäksi, tapahtuu kokonaisheijastus eikä ulkopuoli enää näy lainkaan — näkyviin jää vain altaan pohjan väri.
Todellisessa akvaariossa valo taittuu myös lasin ja ilman rajapinnassa, joten käytännön kulma on hieman suurempi kuin 48°.
Koska sama rajakulma syntyy joka suuntaan, näkyvä alue muodostuu täydellisen pyöreäksi “ikkunaksi”.
Katsovatko pingviinit meitä saman “ikkunan” läpi?
Katsotaan vielä kerran kuvaa ylhäältä päin.
Ylhäältä katsottuna koko altaan pohja näyttää siniseltä. Mutta veden alta katsottuna ulkomaailma näkyy vain pyöreän “ikkunan” kautta.
Ehkä pingviinitkin kurkistavat meitä tämän vedenalaisen ikkunan läpi. Tulee melkein tunne, että katseet kohtaavat.
Seuraavan kerran akvaariossa käydessäsi kokeile katsoa allasta alhaalta ylöspäin. Oppikirjan “valon taittuminen” muuttuu siellä oikeaksi, eläväksi maisemaksi.
Yhteydenotot ja yhteistyö
Tiede kuuluu kaikille! Sivustolla esitellään hauskoja kotona tehtäviä tiedekokeita ja niiden vinkkejä helposti ymmärrettävällä tavalla. Tutustu rohkeasti eri aiheisiin!
・“Kagakun Netachō” -sivuston sisällöstä on julkaistu myös kirja. Lisätiedot täältä
・Lisää Ken Kuwakosta täällä
・Yhteistyöpyynnöt (kirjoitukset, luennot, tiedetyöpajat, TV-valvonta ja esiintymiset jne.) täällä
・Uusimmat artikkelit löytyvät myös X:stä!
Kagakun Neta Channel julkaisee tiedekoevideoita säännöllisesti!
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。
