Sytytä ilmaa puristamalla! Koe adiabattisen puristuksen voima Fire Piston -kokeessa

Tiedevalmentaja Ken Kuwako tässä. Jokainen päivä on kokeilu.

Jos väittäisin, että tulen voi sytyttää ilman tulitikkuja tai sytytintä – pelkällä ilman voimalla – uskoisitko minua? Se saattaa kuulostaa taikatempulta, mutta kyseessä on ehtaa tiedettä. Tällä kertaa esittelen ilman ominaisuuksia hyödyntävän hämmästyttävän laitteen: ”puristussytyttimen” (tulimännän).

Näkeminen on uskomista. Katso ensin tämä video, jossa teen kokeen käytännössä.

Mitä pidit? Kuului ”vuh!”, ja liekki leimahti hetkessä, eikö vain? Mikä salaisuus tämän ilmiön takana piilee? Selvitetään arvoitus käymällä koe läpi vaihe vaiheelta.

Hetken huuma! Kokeen kulku

Laitteen toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen. Siinä on vain läpinäkyvä putki ja mäntä, joka työnnetään sen sisään. Ensin suljetun lasiputken pohjalle laitetaan pala helposti syttyvää paperinenäliinaa.

Tästä eteenpäin on syytä olla varovainen. Asetamme ympärille läpinäkyvän suojakotelon, jotta lasinsirpaleet eivät lennä ympäriinsä, jos putki sattuisi rikkoutumaan äkillisen paineen vuoksi.

Asetetaan kansi (mäntä) tiukasti paikoilleen yläpuolelta, ja valmistelut on tehty.

Nyt alkaa varsinainen toiminta. Temppu on siinä, että mäntä painetaan alas ”epäröimättä, yhdellä kertaa ja voimalla”. Jos epäröit ja painat hitaasti, tuli ei syty. Kerää rohkeutta… ja hupsista!

Ja katso!

Se syttyi!!

Putken sisällä välähti punainen valo, ja se täyttyi savusta. Vaikka olen fysiikan opettaja ja tiedän lopputuloksen, tämä hetki säikäyttää minut joka kerta. Tulen syntymisessä aivan silmien edessä on jotain todella sykähdyttävää. Tämän laitteen voi itse asiassa rakentaa myös kotoa löytyvistä tarvikkeista. Tässä on video itsetehdystä puristussytyttimestä.

Miksi se syttyi? Tieteellinen selitys

Miksi nenäliina syttyi, vaikka emme käyttäneet tulta? Avainsana on ”ilman puristaminen”. Tässä kokeessa kaasua puristettiin kasaan niin nopeasti, ettei lämpö ehtinyt siirtyä sisään tai ulos. Fysiikassa tätä kutsutaan ”adiabaattiseksi puristukseksi”.

Kuvittele tilanne: jos täyteen ahdettuun junavaunuun työnnetään väkisin lisää ihmisiä, tunnelma tiivistyy ja tulee kuuma, eikö vain? Sama pätee ilmaan: kun se pakotetaan väkisin pieneen tilaan, ilman molekyylit törmäilevät toisiinsa rajusti, ja tuo energia muuttuu ”lämmöksi”. Tällöin putken sisälämpötila nousee niin korkeaksi, että se ylittää nenäliinan syttymispisteen.

Lukiokoulun fysiikkaa (Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö)

Tätä ilmiötä on helpompi ymmärtää lukiossa opetettavan ”termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön” avulla.

Q　＝　ΔU　+　W

Lämpömäärä　＝　Sisäenergian muutos　＋　Kaasun tekemä työ

Tässä tapauksessa puristus tapahtuu silmänräpäyksessä, joten lämpöä ei virtaa sisään eikä ulos (adiabaattinen prosessi). Eli Q＝０. Muokataanpa kaavaa hieman.

０　＝　ΔU　＋　W

ーW　＝　ΔU

Tässä ”ーW” tarkoittaa sitä, että ”kaasuun tehtiin työtä (ihminen painoi männän alas)”. Toisin sanoen: ”Ihmisen käyttämä työenergia (männän painaminen) muuttui suoraan kaasun sisäenergiaksi (lämpötilan nousuksi).”

Yhteydenotot ja pyynnöt

Tieteen ihmeitä ja hauskuutta lähemmäs arkea! Olen koonnut yhteen hauskoja, kotona tehtäviä kokeita ja vinkkejä niiden onnistumiseen. Käy kurkkaamassa! ・Tiedeblogin sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä ・Tietoja ylläpitäjästä (Ken Kuwako) täällä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-ohjelmien valvonta ja esiintymiset jne.) täällä ・Artikkelipäivitykset X:ssä (Twitter)!

Kagaku no Neta -kanavalla julkaistaan kokeellisia videoita!

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。