Onko portaita alas kulkeva jousi elossa? Toukan tavoin liikkuvan lelun fysiikan salaisuus
Olen Science Trainer Ken Kuwako. Joka päivä on kokeilupäivä.
Kun lapsesi päästää pitkän muovisen jousen eli slinkyn varovasti putoamaan portaiden yläpäästä, tapahtuu jotain hämmästyttävää. Jousi alkaa laskeutua portaita yksi askel kerrallaan, aivan kuin sillä olisi oma tahto. Liike on niin kiehtovaa katsottavaa, että päätin itsekin tarkkailla sitä hieman tarkemmin.
Ja täytyy sanoa, että liike on todella näyttävää. Katso video ja katso itse!
Eikö se näytäkin aivan siltä kuin käärme tai toukka ryömisi portaita alas askel askeleelta? Ensin näyttää siltä, että jousi putoaa yhden askelman. Sitten sen viimeinen osa venyy kiemurrellen seuraavalle askelmalle, ja muu osa seuraa perässä ikään kuin sitä vedettäisiin eteenpäin… Tämän kummallisen liikkeen taustalla on itse asiassa kokonainen joukko fysiikan lakeja.
Toukkamaisen liikkeen salaisuus on painopisteen siirtymisessä
Kun katsot jousen liikettä tarkasti, huomaat, ettei koko jousi putoa alaspäin kerralla. Ensin jousen takaosa eli ylempi osa painuu kokoon ja vetäytyy eteenpäin. Sen jälkeen koko jousi putoaa seuraavalle askelmalle. Sama liikesarja toistuu yhä uudelleen.
Tässä on jotain samaa kuin luonnon eläinten liikkumisessa. Esimerkiksi toukat ja mittarimadot liikkuvat supistamalla vartalonsa takaosaa, ojentamalla etuosaa ja vetämällä sitten takaosan eteen. Myös jousessa osa kierukasta painuu kokoon ja siirtää painopistettä eteenpäin eli alaspäin. Sen seurauksena muu osa jousesta ikään kuin vedetään perässä.
Onkin kiehtovaa ajatella, että eläinten kävelyn ja pelkän muovisen kierukan liikkeen taustalla voi olla näin samanlaisia fysikaalisia mekanismeja.
Seurataanpa energian muuttumista
Kun tarkastelemme jousen liikettä fysiikan näkökulmasta, siinä tapahtuu seuraavanlaisia energian muunnoksia.
Aluksi portaiden yläosassa olevalla jousella on painovoiman aiheuttamaa potentiaalienergiaa. Mitä korkeammalla jokin kappale on, sitä enemmän sillä on potentiaalienergiaa.
Kun jousi alkaa pudota, osa sen kierukasta painuu kokoon ja osa venyy. Tällöin osa potentiaalienergiasta muuttuu jousivoimaan liittyväksi potentiaalienergiaksi eli elastiseksi energiaksi. Sama periaate toimii esimerkiksi venytetyssä kuminauhassa tai jousessa: kun sitä venytetään tai puristetaan, siihen varastoituu energiaa ja syntyy voima, joka pyrkii palauttamaan sen alkuperäiseen muotoonsa.
Kun kokoon painunut jousi alkaa palautua alkuperäiseen muotoonsa, varastoitunut elastinen energia vapautuu nopeasti ja muuttuu liike-energiaksi. Tämä saa yhden osan jousesta ponnahtamaan vauhdikkaasti seuraavalle askelmalle.
Toisin sanoen jousi käy portaita alas kulkiessaan jatkuvasti läpi tällaista energian muunnosketjua:
Painovoiman potentiaalienergia → elastinen potentiaalienergia → liike-energia → (seuraavalla askelmalla taas) painovoiman potentiaalienergia…
Energia siirtyy siis ikään kuin viestikapulana muodosta toiseen. Koska sama kierto toistuu jokaisella askelmalla, jousen liike näyttää niin elävältä ja muistuttaa eläimen askel askeleelta tapahtuvaa etenemistä.
Slinkyn fysiikka herätti kiinnostusta jopa avaruudessa
Pieni sivuhuomio: tämä slinky-lelu on herättänyt kiinnostusta myös fysiikan maailmassa. On olemassa kuuluisa koe, jossa slinkyä pidetään pystysuorassa, sen alaosaa tuetaan kädellä ja yläpäästään se päästetään vapaaksi.
Ensimmäisenä voisi ajatella, että koko jousi alkaa pudota samanaikaisesti heti, kun käsi irtoaa siitä. Todellisuudessa alaosa pysyy hetken täysin paikallaan eikä lähde putoamaan ennen kuin yläosa on painunut kokoon ja saavuttanut sen.
Ilmiö johtuu siitä, että jousen yläosan kokoonpuristumisesta syntyvä voima ei vielä välity riittävän nopeasti jousen alaosaan. Kyseessä on erittäin havainnollinen koe, joka näyttää konkreettisesti, että myös voiman välittymisellä on rajallinen nopeus.
Myös tämänkertaisen portaissa tapahtuvan liikkeen voi nähdä saman ilmiön sukulaisena. Kun ajattelemme, että voiman välittymiseen liittyy pieni viive, slinkyn kummallinen liike alkaa näyttää aivan uudella tavalla kiinnostavalta.
Yhteydenotot ja yhteistyöpyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta osa jokapäiväistä elämää! Sivustolta löydät helposti ymmärrettävästi selitettyjä hauskoja tiedekokeita, joita voi tehdä myös kotona, sekä hyödyllisiä vinkkejä niiden toteuttamiseen. Tutustu sivustoon ja kokeile erilaisia hakuja!
・Science Note Book -sivuston sisältö on nyt julkaistu myös kirjana. Lisätietoja löydät täältä
・Tietoa sivuston ylläpitäjästä Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaisia yhteistyö- ja toimeksiantopyyntöjä varten (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-ohjelmien tieteellinen valvonta, esiintyminen jne.) ota yhteyttä täällä
・Saat tiedon uusista artikkeleista X-palvelussa!
Science Note -kanavalla julkaistaan tiedekokeisiin liittyviä videoita!
NEW 分解問題集 理科
- ７月２１日発売！『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。
７・８月のイチオシ実験！
夏でプシュッと爽やか実験！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ７月３０日（水）科学監修「TIF presents ONE SONG FES」（フジテレビ） 26:15~27:15
- 12月26日（土） ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催
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！）
【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook 【英語】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。
