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:
なぜモーターは回り続ける？ ペーパークラフトとデジタルで解き明かす「フレミングの法則」と「整流子の秘密」（Geogebra）
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:
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!
３月のイチオシ実験！
- 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。
テレビ番組・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。
- 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。
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・ショー・その他お知らせ
- 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） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 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。
