Miksi magneetti pysäyttää sen? Paljasta “muutosta vihaavan sähkön” salaisuus käämikokeen avulla!

Olen Ken Kuwako, tiedekouluttajanne. Joka päivä on kokeilun arvoinen.

Metalliesine pysähtyy kuin seinään, vaikka siihen ei kosketa… Eikö olisikin jännittävää, jos tieteiselokuvista tai taikuudesta tutun ilmiön voisi toteuttaa helposti, kotioloissa, aivan arkisilla tarvikkeilla? Tänään esittelen kokeen, jonka voit tehdä heti kotona ja joka takuulla hämmästyttää!

Tämän ilmiön avain on pyörrevirta (tai Foucault’n virta). Vaikka nimi ei ehkä ole tuttu, se tukee elämäämme monissa läheisissä sovelluksissa. Esimerkiksi Shinkansen-luotijunissa, joissakin muissa junissa ja huvipuistojen vuoristoradoissa hyödynnetään pyörrevirtajarruja. Näiden jarrujen uskomaton etu on se, että ne voivat pysäyttää pyörät kuin taikaiskusta ilman fyysistä kosketusta osien välillä. Koska jarru ei perustu kitkaan, se toimii luotettavasti myös sateella, eikä osien kuluminen ole ongelma.

Tänään paljastamme tämän maagisen pyörrevirran salaisuuden kokeen avulla!

Tieteen resepti

● Tarvikkeet

• Kuparilankaa (pinnoitettu lanka, esim. emaloitu, on helpompi käsitellä)
• Keskikappale (esim. tyhjä tölkki tai folion/kelmun hylsy)
• Magneetti
• Jos mahdollista, krokotiilipidikkeitä (tai teippiä)

Magneetin osalta olisi parasta käyttää vahvaa magneettia, kuten neodyymimagneettia, mutta voit käyttää myös 100 jenin kaupasta saatavia pyöreitä ferriittimagneetteja pinoamalla niitä useamman päällekkäin. Mitä paremmin kupari johtaa sähköä, sitä selvemmin ilmiö näkyy.

● Ohjeet

① Valmista ensin kela. Kierrä kuparilankaa tyhjän tölkin tai muun lieriön ympärille. Suosittelemme käyttämään kapeaa tölkkiä, esimerkiksi virvoitusjuomatölkkiä. Kierrä lankaa noin 20 kertaa. (Jos käytät emaloitua lankaa, raaputa pinnoite pois langan molemmista päistä hiekkapaperilla.)

② Ripusta kela heilumaan eli tee ”keinu”. Kiinnitä kela johonkin niin, että se pääsee heilumaan kuin heiluri.

③ Heiluta keinuun ripustettua kelaa sellaisenaan. Aloita heiluttamalla kelaa normaalisti. Kuten odotettua, se jatkaa heilumistaan jonkin aikaa. Seuraavaksi, yhdistä kuparilangan molemmat päät krokotiilipidikkeillä (tai teipillä) eli sulje piiri ja tarkkaile tilannetta. Koska magneettia ei vielä ole paikalla, mitään muutosta ei pitäisi tapahtua.

④ Aseta magneetti kelan viereen ja toista vaihe ③. Aseta magneetti niin, että heiluva kela lähestyy ja etääntyy magneetista kelan sivulta päin, eikä niin, että magneetti kulkee kelan renkaan läpi. Toista sitten vaihe ③.

● Tulos

Katso tämä video.

Uskomatonta! Kun magneetti on paikallaan ja kytket kuparilangan päät yhteen eli suljet piirin, keinu pysähtyy lähes välittömästi, aivan kuin se liikkuisi mudassa tai siirapissa. Emme kytkeneet virtalähdettä tai paristoa, joten on todella kummallista, miksi se pysähtyy!

Taikuuden salaisuus – Miksi jarrutus tapahtuu?

Tämän ilmiön taustalla on sähkömagneettinen induktio ja siitä seuraava sähkön luontainen taipumus vastustaa muutosta.

1. Sähkö syntyy (sähkömagneettinen induktio) Kun kela (kuparilanka) liikkuu magneetin lähellä (lähestyy tai etääntyy), kelan sisällä oleva magneettikentän voimakkuus muuttuu. Fysiikan tunneilta tutun Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan tämä ”muutos” luo kelaan voiman (jännitteen), joka yrittää saada sähkön virtaamaan.
2. Kun piiri suljetaan… Tässä kokeessa kuparilangan päiden yhdistäminen (piirin sulkeminen) on ratkaiseva tekijä. Vaikka sähköä yrittävä voima syntyisi, sähkö ei virtaa, jos reitti ei ole yhtenäinen. Mutta kun piirin kytkee kiinni, syntynyt voima saa aikaan induktiovirran virtaamisen kelassa.
3. Jarrutus alkaa (Lenzin laki) Tämä on kokeen mielenkiintoisin vaihe. Tällöin virtaavalla sähköllä on hyvin ”jääräpäinen” luonne (Lenzin laki).
   • Kun kela yrittää lähestyä magneettia → Se synnyttää magneettisen voiman, joka hylkii (”Älä tule!”), ja estää liikkeen.
   • Kun kela yrittää etääntyä magneetista → Se synnyttää magneettisen voiman, joka vetää puoleensa (”Älä mene!”), ja estää silti liikkeen.

Toisin sanoen, riippumatta siitä mihin suuntaan kela yrittää liikkua, syntyy aina voima (jarru), joka ”sanoo stoppia” liikkeelle. Tämä on periaate kosketuksettoman pyörrevirtajarrun takana. Taikuudelta näyttänyt ilmiö olikin pohjimmiltaan sähkön voima, joka pyrkii kaikin voimin vastustamaan magneettikentän muutosta!

【Laajennus】 Pyörrevirta pyörivässä hyrrässä

Pyörrevirtajarrutusta voi kokeilla myös metallilevyn avulla, kuten esimerkiksi painavassa Maapallo-hyrrässä. Tässä tapauksessa virta ei kulje kelassa, vaan metallilevyn sisällä.

Kun magneetti tuodaan lähelle pyörivää hyrrää (metallilevyä), levyn sisälle syntyy ”pyörteinen sähkövirta” = pyörrevirta. Myös tämä pyörrevirta on ”jääräpäinen”. Se jarruttaa hyrrän pyörimistä pyrkien estämään ”muutosta” eli hyrrän pyörimistä. Näemme, kuinka pyörivän hyrrän nopeus alkaa hidastua ja se pysähtyy, kun magneetti tuodaan lähelle.

Toisin kuin edellisessä kokeessa, jossa virta kulki ”kuparilangan reittiä”, tässä virta pyörii koko ”metallilevyn” sisällä. Molemmat ilmiöt ovat tärkeitä tieteen ja tekniikan periaatteita, jotka tukevat turvallista elämäämme. Kokeile tätä ”taikajarrua” kotioloissa!

Tiedustelut ja pyynnöt

Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta lähestyttävää! Olen koonnut helppolukuisia ohjeita hauskoista tiedekokeista ja niiden toteutusvinkeistä kotiin. Hae lisää tietoa! ・Tietokirjani Science Notebook (Kagaku no Netachou) on julkaistu. Lisätietoja täältä ・Lisätietoja ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi/esiintyminen jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!

Koevideoita julkaistaan tieteen ideakanavalla!

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。