Varjot paljastavat fysiikan salaisuudet! Tasaisen ympyräliikkeen ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen yllättävä yhteys
Ken Kuwako, tiedevalmentajasi tässä. Jokainen päivä on uusi koe.
Oletko koskaan lumoutunut seinälle heijastuvista varjoista, jotka liikkuvat rytmikkäästi kuin elävät olennot? Fysiikan maailmassa varjolla on yllättävän merkittävä rooli. Tällä kertaa käytämme varjojen voimaa paljastamaan kahden ensisilmäyksellä erilaisen liikkeen – pyörimisen ja heilahtelun – välisen salaisen yhteyden.
Ympyrän ja heilunnan maaginen yhteys
Monet lukiofysiikan opiskelijat kokevat haastavaksi aiheen nimeltä harmoninen värähtely. Se on se tietty rytmikäs liike, jossa vaikkapa jouseen ripustettu paino heilahtelee ylös ja alas.
Todellisuudessa tämä monimutkaiselta vaikuttava liike avautuu aivan uudella tavalla, kun sitä tarkastellaan tasaisen ympyräliikkeen sovelluksena. Fysiikassa käytetään symbolia ω (kulmanopeus) kuvaamaan pyörimisliikkeen nopeutta, mutta sen yhdistäminen värähtelyyn pelkästään pään sisällä voi olla vaikeaa.
Siksi päätin toteuttaa kokeen, jossa valaisemme pyörivää palloa sivulta ja tarkkailemme sen heijastamaa varjoa. Inspiraation sain suositun tiedeohjelman varjoasetelmista. Katsohan alla oleva video – kiinnitä huomiota varjojen luomaan uskomattomaan synkroniaan!
Kokeen kulissien takana: Mitä tarvittiin?
Rakensin koeasetelman hyödyntämällä luovasti fysiikan luokan vakiovarusteita.
Kaksi jousta, punnus (100g), hehkulamppu, teline, pyörivä alusta, punainen pallo ja teippiä kiinnitykseen
Kun pyöriminen ja värähtely kohtaavat
Kokeen juju on asettaa tasaisessa ympyräliikkeessä oleva pallo ja jousen varassa värähtelevä punnus vierekkäin ja luoda niistä varjot samanaikaisesti.
Ylhäältä katsottuna pallo piirtää täydellistä ympyrää.
Mutta kun valaisemme niitä sivulta ja katsomme valkokankaalle ilmestyvää varjoa…
Mitä huomaat? Ympyräliikkeen varjo ja jousen varassa heilahtelevan punnuksen varjo liikkuvat ylös ja alas täsmälleen samassa tahdissa, aivan kuin ne olisi yhdistetty näkymättömällä langalla.
Tämä on fysiikan ydin: harmoninen värähtely on oikeastaan vain sivulta katsottua ympyräliikettä. Kun tämän yhteyden oivaltaa, kaavoissa esiintyvä ω ei ole enää vain kirjain, vaan varjon liikettä hallitseva pyörimisen syke.
Tiedeluokan elämyksiä digitaalisesti
Oppitunneilla panostan elämyksellisyyteen ja teen kokeet livenä oppilaiden edessä. Vaikka elämme digitaalista aikaa, varjojen kohtaamisen näkeminen omin silmin jättää pysyvän muistijäljen. Jotta mahdollisimman moni voisi kokea tämän oivalluksen itse, loin simulaattorin Scratch-ohjelmointityökalulla. Voit kokeilla sitä alta ja nähdä itse, miten ympyräliike muuttuu varjoksi (värähtelyksi).
Fysiikka on tiedettä, joka etsii näkymättömiä lainalaisuuksia. Toivon, että varjojen kautta pystyit tuntemaan edes hieman sitä riemua, joka syntyy, kun erilliset ilmiöt loksahtavat paikoilleen.
Yhteydenotot ja lisätiedot
Tee tieteen ihmeistä osa arkeasi! Olen koonnut helppoja ja hauskoja kotikokeita ja vinkkejä sivustolleni. Tutustu rohkeasti!
・Tiedeblogini parhaat palat on nyt julkaistu kirjana. Lue lisää täältä.
・Lisätietoa kirjoittajasta (Ken Kuwako) löydät täältä.
・Yhteydenotot (luennot, työpajat, median konsultointi jne.) voit jättää tänne.
・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Katso koevideoita Tieteen niksikanavalta!
４月のイチオシ実験！
- 光の魔法CMYウォーターキューブ：光の魔法を体験せよ！水を注ぐと新たな立方体が出現する魔法のような実験です。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 4月9日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ ）の科学監修を行いました。夜7時〜となります。
書籍のお知らせ
- サクセス15 ４月号にて、野球の科学について記事を執筆しました（2026/3）
- 『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・研究等のお知らせ
- 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」について発表しました。
- 6/14（日） 千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
- 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。
- Näetkö sähkön “korkeuden”!? Opi Kirchhoffin lait 3D:n avulla (Lukion fysiikka)
- Hallitse fysiikan vaikea aihe: spiraaliliike! Astu oppikirjan ulkopuolelle 3D-graafien avulla (Grapher & GeoGebra)
- Tee opetuksesta uusi kokemus! Helppo ja selkeä mitoosin havainnointiohje safraniiniliuoksella
- Vihreä maailmankaikkeus mikroskoopissa! Tutki eläviä soluja vesiruton avulla
- Omenan pohjassa piilee “kukan muisto”. Ovatko mansikka ja omena molemmat “huijareita”? Yllättävä totuus siitä, mitä oikeasti syömme
- Sukella mikroskoopin pieneen universumiin! Opas biotoopista löytyvien “liikkuvien taideteosten” havainnointiin
- Paljasta äänen todellinen olemus! Koe aaltojen tiede ja visualisoinnin taika GeoGebran avulla
- Voiko läpinäkyvä putki paljastaa taian? Näe energian säilymisen laki omin silmin! (Sopii myös putoamiskiihtyvyyden mittaamiseen!)
- Etkö pidä kaavoista, mutta voisit rakastua fysiikkaan? Kurkista 3D-sähkökenttäviivojen maailmaan GeoGebralla (pistevaraukset ja sähkökenttä)
