Lasikyynelten paljastama tieteen arvoitus! Koe järisyttävä hetki ‘Hollannin kyynelen’ kanssa
Hei, olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on uusi koe.
Tänään esittelen teille mystisen ja kauniin kokeen, jonka tein tiedekerhon oppilaiden kanssa: ”Hollannin kyynel”. Tämä koe on todella kiehtova, sillä siinä käytetään arkista materiaalia, lasia, ja se näyttää meille, kuinka sen ominaisuudet voivat ylittää mielikuvituksemme. Lasin sulaminen lämmössä ja sen putoaminen veteen näyttää taideteokselta. Tämän kauneuden takana piilee kuitenkin kiinteän ja nestemäisen olomuodon muutosten sekä materiaalin sisällä olevien jännitysten draama.
Shokki ja kauneus! Lähde syvemmälle lasin salaisuuksiin ”Hollannin kyynel” -kokeella
Kun lasitankoa kuumennetaan ja pudotetaan veteen, syntyy kyynelen muotoinen lasipisara. Tätä kutsutaan ”Hollannin kyyneliksi (Prince Rupert’s Drop)”. Tämän kokeen viehätys piilee sen kauniissa muodostumisprosessissa ja valmiin tuotteen odottamattomassa tuhoutumisessa.
Mitä Hollannin kyynel on? Tiedettä lasin ominaisuuksien kautta
Hollannin kyynel valmistetaan pudottamalla sulanutta lasia kylmään veteen. Tällöin lasille syntyy erittäin erikoinen sisäinen rakenne.
Mekanismi muistuttaa ”paahdetun lasikuulan” ilmiötä. Kun sulanut lasi putoaa veteen, se jäähtyy ja kovettuu ensin ulkopuolelta nopeasti. Nestemäisestä tilasta kiinteäksi muuttuessaan lasin tilavuus pienenee hieman. Koska pinta kovettuu ensin, sisällä vielä sulana oleva lasi ”puristuu kasaan” ulkopuolelta tulevan kutistusvoiman vuoksi.
Tämän jälkeen sisäosa jäähtyy ja kovettuu hitaasti, mutta koska ulkokuori on jo kovettunut, sisäinen lasi kovettuu voimakkaiden vetojännitysten alaisena, aivan kuin sitä vedettäisiin ulospäin. Tuloksena Hollannin kyynelen pinta on erittäin voimakkaasti puristettu ja sisällä on voimakas jännitys. Tämä erikoinen voimatasapaino on Hollannin kyynelen tärkein ominaisuus.
Tämän sisäisen jännityksen ansiosta Hollannin kyynelen pallomainen osa on erittäin kestävä. Se on niin kestävä, ettei se murru helposti edes vasaralla lyötäessä. Mutta yllättävää kyllä, jos tämän kyynelen muotoisen lasin ”häntää” hieman särkee tai katkaisee esimerkiksi pihdeillä, koko kappale hajoaa hetkessä palasiksi. Uskotaan, että hännän pään pieni vaurio laukaisee sisällä olevan voimakkaan vetojännityksen vapautumisen ja tuho leviää.
Laita se muovipussiin ja käytä suojalaseja. Kääri se muovipussiin ja kokeile taittaa kärki pihdeillä. Koko esine hajoaa kerralla.
Viittasin tähän sivustoon:
Ei hajoa edes vasaralla lyötäessä?! Valmista hämmästyttävää lasia
30. lokakuuta 2020, Tsukuba University of Technology, teollisen teknologian tiedekunta
Tiedekerhossa käytännössä! Valmistelu ja kokeen kulku
Tiedekerhossamme haastoimme itsemme tähän ihmeelliseen kokeeseen.
Tarvikkeet
- Lasitanko: Tavallinen tiedekokeissa käytettävä lasitanko riittää.
- Suihkupoltin (tai kaasupoltin): Lasin sulattamiseen tarvitaan korkeaa lämpötilaa.
- Lämmönkestävä keitinlasi tai metalliastia: Kylmää vettä varten, johon lasipisarat pudotetaan.
- Kylmä vesi: Lisätään keitinlasiin.
- Pihtit: Käytetään valmiin Hollannin kyynelen hännän rikkomiseen.
- Suojalasit: Käytä ehdottomasti. Lasinsirpaleita saattaa lentää.
- Lämmönkestävät hansikkaat: Turvallinen käyttää lasitankoa pideltäessä.
- Työpöytä: Tee koe vakaalla alustalla.
Kokeen vaiheet
- Valmistele vesi:
- Valmistele lämmönkestävä keitinlasi tai metalliastia, jossa on riittävästi kylmää vettä. Käytä reilusti vettä.
- Kuumenna lasitanko:
- Käytä suojalaseja ja lämmönkestäviä hansikkaita.
- Kuumenna lasitangon kärkeä suihkupoltinliekillä. Voit nähdä lasin muuttuvan punaiseksi ja sitten pehmeästi sulavan. Kuumenna riittävästi, kunnes lasi sulaa ja muodostaa pyöreän pisaran.
- Anna oppilaiden tarkkailla turvallisen etäisyyden päästä ja varo palovammoja.
- Pudota veteen:
- Kun lasi on sulanut riittävästi ja pisara on muodostunut, työnnä kuumennetun lasitangon kärki hitaasti kylmään veteen ja anna sulaneen lasin pudota luonnollisesti veteen ”kyynelen tavoin”. Älä ravista sitä väkisin.
- Veteen pudonnut lasi jäähtyy ja kovettuu välittömästi, muodostaen kyynelen kaltaisen muodon.
- Tarkkaile muodostunutta kyyneltä:
- Ota veteen muodostunut Hollannin kyynel pois ja tarkkaile sen ainutlaatuista muotoa ja läpinäkyvyyttä. Kun se asetetaan polarisaattorin läpi, näkyy ainutlaatuinen väri. Olisiko tämä merkki sisäisestä jännityksestä?
- Ota veteen muodostunut Hollannin kyynel pois ja tarkkaile sen ainutlaatuista muotoa ja läpinäkyvyyttä. Kun se asetetaan polarisaattorin läpi, näkyy ainutlaatuinen väri. Olisiko tämä merkki sisäisestä jännityksestä?
- Shokeeraava hetki! Tuhoamiskoe:
- Käytä ehdottomasti suojalaseja ja tee koe turvallisessa paikassa.
- Purista valmiin Hollannin kyynelen ”hännän kärkeä” pihdeillä ja riko se.
- Silloin kuuluu ”pats!” ja koko kyynel hajoaa hetkessä pieniksi palasiksi. Tämä dramaattinen tuhoutumisilmiö saa oppilaat varmasti hämmästymään.
- Koska sirpaleita saattaa lentää, ole varovainen ympäristösi suhteen ja tee koe paikassa, jossa sirpaleet eivät aiheuta ongelmia, tai läpinäkyvässä kotelossa, jotta se on turvallisempaa.
Mitä tästä kokeesta opitaan
Hollannin kyynelen koe on paitsi visuaalisesti mielenkiintoinen, myös hyvä tilaisuus oppia seuraavia tärkeitä tieteellisiä periaatteita:
- Aineen olomuodon muutokset: Tarkkaile, kuinka lasi muuttuu kiinteästä nestemäiseen ja takaisin kiinteään tilaan.
- Lämpölaajeneminen ja -kutistuminen: Voidaan selittää, kuinka aineen tilavuuden kutistuminen jäähtyessä aiheuttaa Hollannin kyynelen erikoisen sisäisen jännitysrakenteen.
- Sisäinen jännitys ja murtuminen: Voidaan visuaalisesti ymmärtää mekanismi, jossa lasin sisälle varastoitunut jännitys vapautuu ulkoisen voiman vaikutuksesta, aiheuttaen dramaattisen murtuman. Tämä liittyy materiaalitieteen perusajatuksiin.
- Aineen ominaisuuksien ja rakenteen suhde: Voidaan ymmärtää, että vaikka kyseessä on sama lasimateriaali, se voi osoittaa täysin erilaisia fysikaalisia ominaisuuksia (kestävyys ja hauraus) riippuen sen valmistustavasta.
Tiedustelut ja pyynnöt
Tiede on ihmeellistä ja hauskaa, ja se on lähempänä kuin uskotkaan! Olen koonnut helposti ymmärrettäviä ohjeita hauskoista kotikokeista ja niiden vinkeistä. Käy etsimässä!
・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoitukset, luennot, kokeilupajat, TV-valvonta, esiintymiset jne.) täältä
・Artikkelipäivitykset julkaistaan X:ssä!
Tiedevideokanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!
２月のイチオシ実験！梱包材で遊ぼう！
- 静電気の時期になってきました。子供と一緒に梱包材で盛り上がろう！→ やめられなくなる！静電気実験２０
体中に梱包材をはりつけてみよう！
テレビ番組等・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『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。
講師等・ショー・その他お知らせ
- 2/20（金）「生徒の進学希望実現支援事業」研究授業＠福井県立若狭高等学校 講師
- 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」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 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） サイエンスショー予定
- 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。
