Tulokset niin siistejä, että ihastuttaa! Potentiaalienergian ja työn yhteys selviää radan ja marmorikuulan avulla
Tiedekouluttaja Ken Kuwako täällä!
”Korkealla oleva esine kantaa mukanaan energiaa.”
Potentiaalienergian voi todentaa kokeellisesti paalutuslaitteella, ja se on mielestäni havainnollisin ja paras tapa. Ongelma on vain se, että tällainen laite on melko kallis.
Mekaanisen energian koelaite DE-Y2D
Ostin itsekin yhden, ja kyllä: se mittaa siististi ja on selkeä käyttää. Mutta kahdeksan ryhmän verran laitteita on aika iso hankinta, eikö totta? Jos haluaa pärjätä halvalla ja tehdä välineet itse, tarvitaan verhokiskoa tai johtokourua. Tältä se näyttää:
Kokeessa marmorikuula vieritetään korkealta alas, ja se törmää kohteena toimivaan paristoon. Sitten mitataan, kuinka pitkän matkan paristo liikkuu. Kokeessa on yksi hankala kohta: vaikka sen pitäisi mitata potentiaalienergiaa, oppilaille tulee helposti tunne, että mitataankin liike-energiaa. Paalutuslaitteessa on sama ongelma, mutta tässä kokeessa vaikutelma on vielä vahvempi. Toisaalta tämän voi rakentaa itse, ja välineet on helppo saada kouluun, mikä on iso plussa.
Tarvittavat välineet ja kokeen asetelma
- Sileä kalteva ura: voit rakentaa sen esimerkiksi johtokourusta.
- Kolme eri massaista kuulaa (esim. marmorikuula, alumiinikuula ja messinkikuula)
- D-koon paristo (kuulan työnnettävä ”rahti”)
- Viivoitin, teippiä ja kirjauslomake (työohje)
Kokeen kulku ja onnistumisen avaimet
1 Mittaa lähtökorkeus tarkasti
Ennen kuin päästät kuulan liikkeelle, mittaa kuulan keskipisteen korkeus.
2 Vieritä kuulaa eri korkeuksilta ja mittaa, kuinka pitkälle D-paristo liikkuu
Korkeudet voivat olla esimerkiksi 5 cm, 10 cm, 15 cm ja 20 cm eli neljä eri tasoa. Tässä on tärkeää, että oppilaat laskevat katseensa, kumartuvat alas ja päästävät kuulan irti hellävaroen. Potentiaalienergian suuruushan riippuu korkeudesta, joten jos lähtökorkeus on epätarkka, tuloksiin ei voi luottaa.
Paristo asetetaan rinteen alapäähän ”rahdiksi”. Kuinka pitkälle kuulan energia sai pariston työnnettyä? Mittaamalla matkan saamme selville, kuinka suuren työn kuula teki. Juuri tässä näkymätön energia muuttuu silmin nähtäväksi liikkuneeksi matkaksi!
Kokeen näet tästä videosta.
Kun potentiaalienergiaa lasketaan oikeasti, kannattaa laskea korkeuden sijaan putoamiskorkeus eli korkeuseron.
Mittaa ensin pöydän pinnasta kuulan keskipisteeseen. Tässä tulos oli 3,7 cm.
Sen jälkeen päästä kuula irti vaikkapa 20,0 cm:n korkeudelta.
Tällöin potentiaalienergian kannalta merkitsevä korkeusero on
20,0-3,7=16,3 cm
Yllättävän siistit tulokset ja pohdinta
Tässä esimerkki siitä, mitä oppilaat saivat mittauksissaan selville.
Näiden tulosten pohjalta oppilaat piirsivät kaksi kuvaajaa.
Kuvaaja 1: korkeuden ja pariston liikkuman matkan välinen yhteys (massa pysyy samana)
Alhaalta ylöspäin: marmorikuula, alumiinikuula ja messinkikuula.
Jotkut ryhmät piirsivät pisteiden läpi trendiviivan, kuten oikeanpuoleisessa kuvassa. Näin teki kuitenkin vain yksi ryhmä kahden luokan kuudestatoista ryhmästä.
Kuvaaja 2: kuulan massan ja pariston liikkuman matkan välinen yhteys (korkeus pysyy samana)
Otetaan esimerkiksi yllä olevan kuvaajan 12 cm:n korkeus ja poimitaan siitä pariston liikkumat matkat,
jolloin kuvaajasta tulee tällainen:
Mittauspisteitä oli vähän, joten osa oppilaista päätteli yhteyden olevan toisen asteen funktio, kuten oikeanpuoleisessa kuvassa.
Suurin osa oppilaista kuitenkin huomasi, että energia on suoraan verrannollinen sekä korkeuteen että massaan. Vinkki: valitse kuulat, jotka ovat reilun kokoisia ja painavia, niin ero näkyy selvästi.
Kun oppilaat näkivät oppikirjan lauseen ”potentiaalienergia on verrannollinen korkeuteen ja massaan” ilmestyvän omien käsiensä piirtämään kuvaajaan, he vaikuttivat todella vakuuttuneilta.
Työohje
Olen tehnyt oppilaille myös lomakkeen, johon he voivat kirjata tulokset ja pohdintansa. Käytä sitä ihmeessä!
Lue myös nämä
Yhteydenotot ja tilaukset
Tuodaan tieteen ihmeet ja ilot lähemmäs arkea! Tähän blogiin on koottu hauskoja kokeita, jotka onnistuvat kotona, sekä vinkkejä niiden onnistumiseen. Selaile ja hae vapaasti!
・Blogin ylläpitäjästä Ken Kuwakosta voit lukea lisää tästä.
・Tilaukset (kirjoitukset, luennot, kokeilukurssit, tv-konsultointi ja esiintymiset) tästä.
・Artikkelien päivitykset ovat luettavissa X:ssä!
Kagaku no Neta -kanavalla julkaistaan koevideoita!
１０月のイチオシ実験！
https://youtube.com/shorts/jLVKYRVI1uY?feature=share
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 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。
- Näyttääkö maailma erilaiselta hyönteisen silmin? Voikukan ja atsalean kukkiin kätketty salaisuus
- Katkesiko syömäpuikko? Liikkuiko se taaksepäin? Vesilasin oudot kuvat
- Näkymätön valo näkyväksi! Laser- ja savukonevalo-show
- 1 300 katselun muuri! Yläkoululaiset oppivat lyhytvideoista, kuinka vaikeaa viestin perille vieminen on (tiedeviestinnän kurssi)
- Onko verkkokalvon kuva ylösalaisin? Kalmarin silmämallikoe paljastaa valon ihmeet
- Tulokset niin siistejä, että ihastuttaa! Potentiaalienergian ja työn yhteys selviää radan ja marmorikuulan avulla
- Miksi lehden ylä- ja alapinta ovat eri värisiä? Valon ja solutiheyden yllättävä yhteys
- Nelinkertainen kasvu auringonvaloon verrattuna!? Kasvitehtaan salaisuus: salaatti kasvaa punaisessa valossa (valo olikin violetti!)
- Murra moottorin ”näkymätön muuri”! Paperiaskartelu ja vasen käsi paljastavat kommutaattorin salaisuuden
