Katosiko kolikko silmänräpäyksessä? Koe inertian laki hauskalla kolikkotempulla!

Minä olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on kokeilu.

Mitä sinulle tulee mieleen, kun kuulet ”massan hitaus” (inertian laki)? Monet vastaavat: ”Se hetki, kun bussi jarruttaa äkisti ja joudut pinnistelemään pysyäksesi pystyssä!” Oppikirjoissa sanotaan vaikeasti: ”Esine jatkaa liikkeensä tilaa, ellei siihen kohdistu ulkopuolista voimaa.” Tämän ymmärtäminen pelkästä tekstistä on hankalaa jopa aikuisille. Siksi esittelen nyt kokeen, joka on kuin taikatemppu ja jonka avulla voit tuntea tämän ”epäselvän” fysiikan lain välittömästi. Sen nimi on Daruma Otoshi -tyylinen hitauskoe. Se on rakenteeltaan yksinkertainen, mutta erittäin näyttävä, ja onnistuminen saa aikaan luokkahuoneen täydeltä taputuksia. Koe tämä riemu itse!

Miksi tämä koe on niin hauska?

Kun esittelen tämän kokeen tunnilla, aloitan ensin selittämällä sen oppikirjan mukaisesti. Mutta oppilaiden silmät eivät vielä loista. Sitten kaivan esiin tämän kokeiluvälineistön. Minäkin epäonnistuin useita kertoja, kun yritin kuvata sen videolle. Syynä oli käyttämäni viivoittimen paksuus. Tavallinen bambuviivotin oli hieman liian paksu, ja kun sillä löi, voima siirtyi kolikon lisäksi myös päällä olevaan pulloon, jolloin kaikki romahti. Kuitenkin, kun myöhemmin vaihdoin ohueen metalliviivoittimeen, maailma muuttui. Kolikko sinkoutui salamannopeasti pois, ja pullo putosi ryminällä paikoilleen ja pysähtyi. Tämä onnistumisen tunne oli ainutlaatuinen. Kun oppilaat pääsivät itse kokeilemaan sitä, yksi heistä onnistui heti ensimmäisellä kerralla! Hän oli ilmeisesti harjoitellut kotona monta kertaa, ja häntä alettiin kutsua luokassa ”hitauden mestariksi”.

Kokeen valmistelu

Avain menestykseen on ”välineiden valinta” ja ”paino”. Valmistele seuraavat:Lasipullo (muovipullokin käy, mutta lasissa on enemmän massaa (painoa), jolloin ”pyrkimys pysyä paikallaan” on voimakkaampi ja onnistuminen on todennäköisempää).Vettä (lisätään pullon sisään, jotta saadaan lisää painoa. Hyödynnetään sitä hitauden ominaisuutta, että ”raskaampaa on vaikeampi liikuttaa”).Lelurahakolikoita (saatavilla esimerkiksi eurokaupoista. Parhaat ovat ne, joiden pinta on sileä).Ohut metalliviivotin (joustava ja napautettaessa vähän hölskyvä. Tämä on se kaikkein tärkein juttu!)

Kokeen suoritus

Kun valmistelut ovat valmiit, on aika ryhtyä tositoimiin. Aseta 2–3 kolikkoa päällekkäin pöydälle niin, että ne ovat tukevasti paikoillaan. Aseta täytetty pullo varovasti niiden päälle (ole erittäin varovainen tasapainon kanssa, jotta pullo ei kaadu).Työnnä viivotin kolikon alle ja lyö se epäröimättä nopeasti ja vaakasuoraan läpi!https://youtu.be/tbOeKC8nTjQMiltä se näytti? Jos onnistut, kolikko lentää pois vauhdilla, ja pullo laskeutuu paikoilleen, ikään kuin mitään ei olisi tapahtunut. Tämä on selkeä todiste siitä, että ”massan hitaus (pysähtymishitaus)” toimii. Koska pullo oli paikoillaan, se jatkoi ”halua pysyä edelleen siinä paikassa” -ominaisuuttaan, vaikka alla oleva kolikko katosi hetkessä. Tämän seurauksena se putoaa vain suoraan alas painovoiman vaikutuksesta eikä liiku sivusuunnassa.

Lisätietoa: Maailma, jossa liikkuvat esineet jatkavat liikkumistaan

Tähän asti olemme puhuneet siitä, että ”pysähdyksissä oleva esine pysyy pysähdyksissä”. Mutta mitä tapahtuu esineelle, joka on kerran lähtenyt liikkeelle? Tarkastellaan samaa ”hitaus” -periaatetta air hockey -kokeessa. Se peli, joka löytyy pelihalleista. Liukkaalla pinnalla voidaan havaita, että kun esine lähtee liikkeelle, se jatkaa liukumistaan ilman, että siihen kohdistetaan enää voimaa.https://youtu.be/JTvf8zApLFcJos katsot tarkasti, huomaat, että air hockey -pöydässä on lukemattomia pieniä reikiä, joista puhaltaa ilmaa. Tämä ilma nostaa kiekkoa hieman, vähentäen dramaattisesti kitkaa pöydän pinnan kanssa. Jos puhutaan hieman ammattitermejä, liukukitkan kaava on $F = \mu’N$ (kitkakerroin $\times$ pintavoima). Tässä on tärkeää, että kitkan määrää ei pelkkä paino ($Mg$), vaan pinnan painamiseen kohdistuva voima (pintavoima $N$).Ilman nostaessa kiekkoa, pintaan kohdistuva voima on lähes nolla, minkä seurauksena kitka käytännössä katoaa. Maailmassa ilman kitkaa esine liikkuisi ikuisesti. Tätä kutsutaan ”tasaisella nopeudella suoraviivaiseksi liikkeeksi”. Maapallolla meillä on aina kitkaa ja ilmanvastusta, mutta missä niiden vaikutus puuttuu? Aivan, avaruudessa. Kokeet avaruudessa ovat täydellinen osoitus massan hitaudesta. Suosittelen myös tätä astronautti Mohrin videota. Daruma Otoshi -tyylinen ”pysähtymishitaus” ja liikkeessä jatkuva ”liikehitaus”. Kun nämä kaksi yhdistetään, avaruuden ihmeetkin alkavat selkiytyä.Mitä jos seuraavaksi kokeilisimme pöytäliinanvetoa?https://phys-edu.net/wp/?p=56186

Tiedustelut ja pyynnöt

Tee tieteen ihmeistä ja hauskuudesta itsellesi tuttua! Olen koonnut selkeitä ohjeita hauskoista tiedekokeista, joita voit tehdä kotona, ja niiden onnistumisvinkeistä. Selaile sivuja!Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä.Erityyppiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi ja esiintymiset jne.) täältä.Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!

Tieteen temppukanavalla (Kagaku no Neta Channel) julkaistaan kokeiluvideoita!