Tee näkymätön sähköpotentiaali näkyväksi 3D:nä! Yllättävä tiedeaskartelu eväsrasian kannesta

Hei, olen fysiikan valmentaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on seikkailu ja koe.

Sähkön maailma on meille näkymätön, mutta oletko koskaan miettinyt, miltä se näyttäisi, jos voisimme todella nähdä sen? Fysiikan tunneilla opittava sähköpotentiaali on käsitteenä usein hieman etäinen, varsinkin jos sitä tarkastelee vain oppikirjan litteistä kuvista. Tänään haluan esitellä vallankumouksellisen tavan visualisoida sähkön näkymättömät voimat käyttämällä jotain hyvinkin arkista ja yllättävää.

Voiko eväsrasian kansi olla ikkuna tieteeseen? Hämmästyttävä 3D-potentiaalimalli

Tällä kertaa rakensimme sähköpotentiaalin kolmiulotteisen mallin käyttämällä – uskokaa tai älkää – eväsrasioiden kansia. Keräsimme pinon tavallisia, läpinäkyviä kansia, joita näkee ruokakauppojen valmisaterioissa. Pinoamalla niitä päällekkäin saimme luotua malliin syvyyttä ja korkeutta. Näitä kansia löytää joskus edullisesti jopa rautakaupoista tai tukkuliikkeistä.

Rakennusprosessi on yksinkertainen: piirsimme jokaiselle kannelle vastaavan tasa-arvopinnan (pinnat, joilla sähköpotentiaali on vakio). Koska kannet ovat läpinäkyviä ja ne on helppo pinota, niistä muodostuu vaivatta selkeä kolmiulotteinen rakenne. Se on kerrassaan loistava ja havainnollinen opetusväline!

Katso kuvadata tästä.

Tarkkuus hioo mielikuvaa

Vaikka kyseessä on askartelu, emme tinkineet tieteellisestä tarkkuudesta. Potentiaalikäyrät laskettiin ja luotiin tietokoneella käyttäen Grapher-ohjelmistoa. Aivan kuten kartan korkeuskäyrät paljastavat vuoren muodon, tarkasti piirretyt tasa-arvopinnat tuovat sähköpotentiaalin huiput ja laaksot elävästi esiin.

Kuvittele pallo sähköisellä vuorella

Tässä mallissa olemme mallintaneet tilanteen, jossa on kaksi positiivista varausta. Voit kuvitella tämän maastona, jossa on kaksi vierekkäistä kukkulaa. Fysiikan kokeissa kysytään usein: ”Mitä tapahtuu, jos asetamme testivarauksen kahden varauksen väliin ja tönäisemme sitä hieman?” Tämän mallin avulla vastaus on helppo hoksata intuitiivisesti.

Jos testivarausta siirretään hieman x-akselin suunnassa, se jää heilahtelemaan kukkuloiden väliseen laaksoon kuin harmoninen värähtelijä. Jos sitä taas tönäisee y-akselin suuntaan, se lähtee kiihtyvään liikkeeseen poispäin kukkuloilta kuin vuorenrinnettä alas vierivä pallo. Kun opit näkemään potentiaalin kolmiulotteisena, ilmiö muuttuu pelkistä kaavoista eläväksi kokemukseksi.

Näkökulman vaihdos: Negatiivinen maailma

Tämän mallin hauskin puoli on se, että kääntämällä sen ylösalaisin voit havainnollistaa aivan erilaisia ilmiöitä.

Kun käännät positiivisen varauksen luoman vuoren ympäri, siitä tuleekin negatiivisen varauksen muodostama syvä kuoppa eli laakso.

Tässä on yksi negatiivinen varaus. Se näyttää aivan pohjattomalta aukolta!

Koko rakennelman kääntäminen paljastaa taas korkeuksiin kohoavat positiiviset huiput.

Arkinen materiaali voi muuttua tehokkaaksi työkaluksi vaikeiden fysiikan käsitteiden ymmärtämiseen, kunhan käyttää hieman luovuutta. Toivottavasti tämä inspiroi teitäkin katsomaan ympärillenne uusin, tieteellisin silmin!

Yhteydenotot ja lisätiedot

Tiede on ihmeellistä ja hauskaa, ja haluan tuoda sen lähemmäs teitä! Blogistani löydät vinkkejä kotona tehtäviin kokeisiin ja selkeitä selityksiä tieteen ilmiöihin.
・Tiedevinkkini on julkaistu myös kirjana. Lisätietoja löydät täältä.
・Lue lisää minusta (Ken Kuwako) täältä.
・Yhteydenotot (luennot, työpajat, TV-konsultointi jne.) onnistuvat tämän linkin kautta.
・Seuraa uusimpia päivityksiä X:ssä (Twitterissä)!

Tiedevinkit-kanavalla on nähtävissä videoita kokeista!

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。