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!
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!
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)
