Koko luokka onnistuu! Vinkit paperiliitinmoottorin rakentamiseen (käytännön toteutus muovisella aaltopahvilla)
Hei, olen Ken Kuwako, fysiikan opettajasi. Jokainen päivä on uusi koe!
Oletko koskaan kuullut paperiliitinmoottorista? Se on hämmästyttävän yksinkertainen sähkömoottori, joka rakennetaan paristosta, emaloidusta kuparilangasta ja tavallisista paperiliittimistä. Olet ehkä törmännyt tällaiseen koulun fysiikan tunnilla tai tiedekerhossa. On suorastaan maagista katsoa, kuinka kela alkaa pyöriä vauhdilla heti, kun virta kytketään! Mutta tässä moottorissa on pieni sudenkuoppa: se näyttää helpolta rakentaa, mutta yllättävän usein se ei suostu hurahtamaan käyntiin.
Monet ovat kokeneet sen pettymyksen, kun kovan askartelun jälkeen kela ei liikahdakaan. Suurin haaste on yleensä kelan käärimisessä. Miksi se on niin vaikeaa? Jos kela ei ole täydellisen pyöreä tai jos sen akselit eivät ole täsmälleen suorassa linjassa, magneettikenttä ei pääse vaikuttamaan siihen oikealla tavalla, ja pyörimisliike jää haaveeksi.
Tänään esittelen teille huippuvinkin, joka ratkaisee nämä tyypilliset ongelmat kertaheitolla. Käyttämällä apuna niinkin arkista materiaalia kuin kanavamuovia (muovista aaltopahvia), kuka tahansa voi rakentaa varmasti toimivan moottorin! Tämän oivalluksen opetti minulle opettaja Eiji Komori. Oletko valmis kokemaan tieteen ihmeen omin käsin?
Ymmärretään moottorin salaisuus!
Paperiliitinmoottori muuntaa sähköenergian liike-energiaksi hyödyntämällä sähkömagnetismin perusperiaatteita.
Virta ja magneettikenttä: Kun paristosta tuleva sähkövirta kulkee kuparilangasta tehdyn kelan läpi, kelan ympärille syntyy magneettikenttä.
Vuorovaikutus magneetin kanssa: Kelan synnyttämä magneettikenttä ja lähellä olevan kestomagneetin kenttä hylkivät tai vetävät toisiaan puoleensa. Tämä voima saa kelan pyörähtämään.
Flemingin vasemman käden sääntö: Virran suunnan, magneettikentän ja syntyvän voiman välillä on tarkka suhde, jota kutsutaan Flemingin vasemman käden säännöksi. Juuri tämä voima työntää kelaa ja luo jatkuvan pyörimisliikkeen.
Miksi perinteinen tapa usein epäonnistuu?
Yleensä kela kääritään suoraan pariston ympärille. Tällä tavalla yli puolet kokeilijoista epäonnistuu, ja jopa aikuiset pitävät sitä haastavana. Syitä on kaksi:
Akselit eivät ole linjassa: Jos kelan päistä lähtevät akselit eivät ole täysin suorat, kela ei pyöri tasaisesti. Pienikin vinous horjuttaa tasapainoa.
Kela ei ole symmetrinen: Tasaisen magneettikentän saavuttamiseksi kelan on oltava kauniin pyöreä. Käsin pyörittäminen ilman tukea on yllättävän vaikeaa.
Kanavamuovi pelastaa tilanteen!
Tässä kohtaa kuvaan astuu kanavamuovi! Käyttämällä sitä kelausapuna, molemmat ongelmat ratkeavat välittömästi.
Kanavamuovin edut ovat selvät:
Kela pysyy muodossaan: Ohjurin avulla kuka tahansa saa tehtyä täydellisen pyöreän kelan.
Säästät materiaalia: Tarvitset vähemmän lankaa, mikä on taloudellista.
Akselit osuvat kohdalleen: Kanavamuovin rakenteen ansiosta akselit on helppo asettaa täsmälleen samalle tasolle.
Käytämme tässä noin 45 cm pätkän emaloitua kuparilankaa, jonka paksuus on 0,5 mm. Tämä paksuus on juuri sopiva tukevan ja tehokkaan moottorin rakentamiseen.
Ryhdytäänpä rakentamaan!
Valitse noin 45 cm pitkä ja halkaisijaltaan 0,5 mm paksu kuparilanka. Tästä paksuudesta syntyy jämäkkä moottori.
Aloitetaan kelaamisesta. Leikkaa kanavamuovista kuvan mukainen pala.
Katso tarkemmat rakennusohjeet videolta:
Leikkaa muovista noin 2,5 cm pitkä pala niin, että sivulta katsottuna siinä on kolme reikää. Työnnä langan pää keskimmäisestä reiästä läpi ja jätä noin 5 cm häntä.
Pujota lanka kaavion mukaan. Lopuksi kiristä kevyesti, muotoile kela ja katkaise ylimääräinen lanka.
Nyt tärkeä vaihe: hio langan päistä eriste (maali) pois hiekkapaperilla. Hio toisesta päästä kaikki eriste pois. Toisesta päästä hio pois vain yläpuoli. Hio aivan tyveen asti!
Kuvassa harmaa alue tarkoittaa hiottua osaa. Taivuta paperiliittimet seuraavasti ja kiinnitä ne paristoon:
Kiinnitä magneetti pariston kylkeen ja aseta kela paikoilleen. Valmista tuli!
Anna kelalle pieni alkuvauhti sormella, niin se alkaa pyöriä vinhasti!
Miltä tuntui? Kokeile ihmeessä tätä kotona!
Mitä tapahtuu, jos hiot kaiken eristeen pois molemmista päistä?
Ennen kuin luet selityksen, suosittelen rakentamaan paperisen moottorimallin. Katso tämä artikkeli:
Seuraava selitys on kolmiulotteinen, joten jos se tuntuu vaikealta, aloita tuosta paperimallista. Tässä selitys:
Kun kelan asento on samassa linjassa magneettikentän kanssa (0°), sähkövirta ja magneettikenttä saavat aikaan voiman. Kela alkaa pyöriä vastapäivään.
(Huom: Selvyyden vuoksi kuvassa on vain yksi kierros lankaa.)
Kun kela on pyörähtänyt 90°, voimat vaikuttavat langan päihin ulospäin, mikä ei edistä pyörimistä.
Kun kela on kääntynyt 180°, ilman ”virrankäännintä” (kommutaattoria) virran suunta suhteessa magneettiin saisi aikaan myötäpäivään vääntävän voiman. Tämä pysäyttäisi moottorin.
Kuinka virrankäännin toimii?
Siksi jätämme osan eristeestä hiomatta (kuvassa keltainen osa).
1′. 0° kohdassa virta kulkee, koska hiottu osa koskettaa paperiliitintä.
2′. Vielä 90° kohdassa virta kulkee ja antaa vauhtia.
3′. Kun kela kääntyy 180°, eristetty puoli kääntyy alaspäin ja katkaisee virran. Kela jatkaa pyörimistä vastapäivään pelkällä liike-energialla (vauhdilla), kunnes se palaa kohtaan 1′.
Siinä se! Paperiliitinmoottori on upea esimerkki sähkön ja magnetismin yhteistyöstä. Kanavamuovin avulla onnistumisprosentti nousee huimasti. Nauti tieteestä ja rakentamisesta!
Lue lisää Flemingin vasemman käden säännöstä täältä:
Suosittelen myös tätä rakennussarjaa, jossa virrankäännin on selvästi näkyvissä:
https://phys-edu.net/wp/?p=28037
Tässä vielä materiaalia opettajille: voit antaa oppilaiden piirtää virran suunnat näihin kuviin. Käytä vapaasti!
Lukion fysiikan kerrauskirja aikuisille (Amazon-linkki)
Yhteydenotot ja tiedustelut
Tiede on lähempänä kuin uskotkaan! Kerään tänne vinkkejä hauskoista kotikokeista.
Tietoa ylläpitäjästä (Ken Kuwako): Tästä
Työpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedepajat jne.): Tästä
Seuraa päivityksiä X-palvelussa!
Tiedekanava YouTubessa – katso koevideot täältä!
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 11/4（水）ZIP（日本テレビ）のコーナー（7:20分ころ放送予定）にて科学監修を担当しました。ゴンチャのストローの差し方に関するウラザワと科学解説についてです。
- 11月27日（金） テレビ監修番組放送予定
- 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
１１月のイチオシ実験！
どうして結露は起こるのか？結露を防ぐためには？実験で確かめよう！
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。
Kuplien salaisuus on hiilidioksidi! Näin 10 %:nen suolahappo liuottaa kalkkisaostumat
Kun sen näet, on jo myöhäistä! Setelinpyydystystesti paljastaa “0,2 sekunnin muurin” salaisuuden (reaktioaika)
Hanan valkoinen kalkkikerrostuma onkin kiveä! Sanpole poistaa kalkin 5 minuutissa – näin se toimii
Kuinka korkealle pääset 20 pastatangolla? 18 minuutin haaste ja 99 cm:n ennätys
Mitä tapahtuu, kun lehden alapintaan levittää vaseliinia? Hortensian haihduntakoe
Katso puuta alhaalta! Valoa keräävien “käsien” salaisuus
Mittaa hermojen vauhti ihmisviestillä! 0,187 sekunnin piilotettu draama kehosi sisällä (tuntoaisti)
Selässä yksi, sormenpäässä kaksi? Hammastikuilla selville ihon “antureiden” arvoitus
[Tieteellinen valvonta] Miksi juoma roiskuu ulos? Tieteellinen niksi, jolla Gong Cha -juoma ei läikky | ZIP (Nippon TV)
