Murra moottorin ”näkymätön muuri”! Paperiaskartelu ja vasen käsi paljastavat kommutaattorin salaisuuden
Täällä tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on koe.
Tiesitkö, että kun puhelimesi värähtää ”bzzt”, sen sisällä pieni osa pyörii hurjaa vauhtia? Sama pätee pesukoneeseen ja tulevaisuuden sähköautoihin. Nykyään elämämme ei pyöri päivääkään ilman sähkömoottoria.
Kun tämän kätevän laitteen sisään kurkistaa, löytyy kuitenkin ”näkymätön muuri”, johon yläkoululaiset törmäävät useimmin. Tässä artikkelissa esittelen paperiaskartelun, jolla muuri ylitetään leikiten ja jonka avulla luokkahuoneessa saadaan aikaan aitoja ahaa-elämyksiä.
Paperiaskartelu, joka muuttaa moottorin kysymysmerkit huutomerkeiksi
Mikä on opettajille kaikkein hankalinta, kun luokassa selitetään moottorin toimintaa? Veikkaan, että moni sanoo yhteen ääneen: kommutaattori eli suuntaaja.
Kun käämi on kääntynyt puoli kierrosta, virran suunta vaihtuu nopeasti vastakkaiseksi. Tuo nerokas kytkeytyminen jää oppikirjan ja kaavakuvien varassa helposti litteäksi selitykseksi, ja oppilaiden päässä pyörii vain kysymysmerkkejä.
Kommutaattorin muuria on yritetty ylittää monenlaisten kuvien avulla yhdessä oppilaiden kanssa, mutta asian perille saaminen on silti usein vaikeaa.
Siksi haluan suositella Shotaro Kishin sivustolla esiteltyä moottorimallia. Kishi kokeilee, miten tiedeopetuksen materiaaleja voi tehdä paperiaskarteluna.
Leikkaa kaava ja kokoa liimaamalla
Tässä on askartelun kaava.
Leikkaa paksuja viivoja pitkin ja kokoa osat liimaamalla. Valmis työ näyttää tältä.
Takapuoli näyttää tältä.
Keskellä oleva käämi pääsee pyörimään vapaasti.
Vasen käsi apuun: miksi käämi pyörii?
Kokeillaan nyt käsi mukana. Käytämme tuttua Flemingin vasemman käden sääntöä. Osoita vasemman käden keskisormella virran suuntaan ja etusormella magneettikentän suuntaan, niin peukalo näyttää voiman suunnan.
Käämissä kulkee virta suuntaan a → b → c → d. Tarkastellaan ensin osaa ab. Flemingin vasemman käden säännön mukaan siihen kohdistuu ylöspäin suuntautuva voima.
Kun sama tehdään osalle cd, siihen kohdistuu alaspäin suuntautuva voima. Virta kulkee siinä ab:hen nähden vastakkaiseen suuntaan, joten myös voima on vastakkainen.
Toinen puoli nousee ylös ja toinen painuu alas, ja käämi alkaa pyöriä myötäpäivään.
Pääosassa kommutaattori: se vaihtaa virran suunnan
Nyt on kommutaattorin vuoro loistaa. Kun käämi on kääntynyt puoli kierrosta, kommutaattori vaihtaa virran suunnan.
Nyt virta kulkee suuntaan d → c → b → a. Kun vasenta kättä käyttää samalla tavalla, huomaa, että käämi pyörii edelleen myötäpäivään. Katsotaan ensin osaa dc.
Sitten osaa ba.
Mitä sitten tapahtuisi, jos kommutaattoria ei olisi? Kun käämi on ohittanut kohdan, jossa se on kohtisuorassa magneettikenttää vastaan, ja virran suunta pysyisi samana, syntyisi voima, joka yrittää pyörittää käämiä takaisinpäin. Käämi heilahtelisi edestakaisin ja pysähtyisi lopulta paikalleen. Kommutaattori on siis kulissien takana työskentelevä sankari, joka pitää pyörimissuunnan samana.
Oikeissa moottoreissa on muuten käytössä monta käämiä, jotta pyöriminen on tasaisempaa. Sähköautoissa taas käytetään usein moottoreita, joissa virran suunnan vaihtaa kommutaattorin sijaan elektroniikka. Ulkoiset erot ovat suuria, mutta periaate on sama: virran suunta vaihdetaan sopivasti, jotta pyöriminen jatkuu samaan suuntaan.
Yhdistä klemmarimoottoriin ja ymmärrys syvenee
Tämän paperiaskartelun parasta antia on se, että asiaa voi pohtia paperin äärellä käsi mukana. Kun sen yhdistää klemmarimoottorin rakentamiseen, ”näkymätön muuri” eli kommutaattorin toiminta loksahtaa oppilaiden mielessä kohdilleen.
Shotaro Kishin kotisivuilta löytyy paljon muitakin opetusmateriaaleja. Käy tutustumassa ja kokeile rohkeasti! Kiitos Kishille upeasta materiaalista.
Yhteydenotot ja tilaukset
Tiede on hauskaa ja yllättävän lähellä! Kokoan sivustolle kotona tehtäviä hauskoja tiedekokeita ja niiden onnistumisen vinkkejä helposti ymmärrettävässä muodossa. Selaile ja etsi vapaasti!
・Kagaku no Netachō -sivuston sisällöistä on tehty kirja. Lisätietoja täältä
・Sivuston ylläpitäjästä Ken Kuwakosta lisää täällä
・Toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, koetyöpajat, TV-asiantuntijatyö ja esiintyminen jne.) täältä
・Artikkelipäivitykset kerrotaan X:ssä!
Tieteen kokeet -kanavalla (Kagaku no Neta Channel) julkaistaan koevideoita!
９月のイチオシ実験！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ９月25日（金）21:00〜 かまいたちの瞬間回答！にて、科学監修を行いました。
- １０月１０日（土）11:15~12:00 千葉市科学フェスタ2026「桑子先生の回転科学ショー」にてサイエンスショーを行います。
- 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
- 『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。
『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。
