Ei köyttä, silti tiukassa! Pahvilaatikoiden nippuun sitovan ”kiilan” fysiikka (elämänhakki)
Tässä tiedetraineri Kuwako Ken. Jokainen päivä on uusi koe.
Joka kerta kun verkkokaupan paketti saapuu kotiin, nurkkaan ilmestyy taas yksi uusi pahvilaatikko. Oletko koskaan yrittänyt sitoa laatikkopinon narulla, mutta kaikki on vain hajonnut käsiin? Tähän ongelmaan on itse asiassa olemassa yllättävän helppo ratkaisu – eikä muovinarua tarvita lainkaan. Vielä kiinnostavampaa on se, että tämän niksin taustalta löytyy kiehtovaa fysiikkaa: kiilan toimintaperiaate. Tänään esittelen oman arkisen keinoni niputtaa pahvilaatikot helposti, ekologisesti ja yllättävän tukevasti.
Näin niputat pahvilaatikot ilman narua
Kerää ensin kaikki pahvilaatikot, jotka haluat laittaa kierrätykseen.
Valitse niistä suurin laatikko.
Taita laatikon läpistä vain toinen puoli sisäänpäin.
Taita kaikki neljä läppää samalla tavalla ja aseta laatikko pystyyn niin, että taitettu puoli jää alaspäin.
Oleellinen kohta on se, että taitettujen läppien ja laatikon seinämän väliin muodostuu V:n muotoinen rako.
Työnnä muut pahvilaatikot tähän V-muotoiseen rakoon niin syvälle kuin ne menevät.
Kun laatikko on kunnolla paikallaan, se lukittuu yllättävän tiukasti. Voit jopa nostaa koko nipun yhdestä työnnetystä laatikosta, eikä se irtoa. Kokeilin itsekin.
Työnnä loputkin laatikot yksi kerrallaan V-muotoisiin rakoihin.
Jo tässä vaiheessa kokonaisuus pysyy erittäin tukevasti kasassa. Vaikka nostat sen ilmaan, laatikot eivät irtoa.
Koska tällainen nippu voi kuitenkin olla kierrätyksen kerääjälle hieman hankala käsitellä, kierrän lopuksi sen ympäri yhden muovinarun, jotta sitä on helpompi kantaa.
Sen jälkeen paketti on valmis vietäväksi keräyspisteeseen. Helppoa, eikö?
Miksi V:n muotoinen rako pitää laatikot paikallaan?
Miksi tämä toimii niin hyvin? Selitys löytyy samasta ilmiöstä, jonka vuoksi kirves joskus juuttuu puuhun halkoja tehdessä. Kun kirves uppoaa puuhun vain osittain, sen irrottaminen voi olla yllättävän vaikeaa.
Kun pahvilaatikko työnnetään V-muotoiseen rakoon, se painaa molempia viistoja pintoja vasten.
Vaikka työntövoima suuntautuu alaspäin, viistot seinämät muuttavat sen pintaa vastaan kohtisuoraksi voimaksi (punaiset nuolet).
Punainen kuvaa laatikon seinämään kohdistamaa voimaa, vihreä niiden resultanttia.
Newtonin kolmannen lain mukaisesti seinämät työntävät laatikkoa takaisin yhtä suurilla mutta vastakkaissuuntaisilla tukivoimilla. Näin laatikko puristuu tiukasti molempien seinämien väliin.
Voisi ajatella, että näiden tukivoimien yhteisvaikutus nostaisi laatikon takaisin ylöspäin, mutta niin ei tapahdu.
Syy on kitkassa. Pahvin kitkakerroin on melko suuri, mutta vielä tärkeämpää on, että kiilan aiheuttama suuri tukivoima kasvattaa kitkavoimaa, sillä kitkavoima on verrannollinen tukivoimaan (kitkakerroin × tukivoima). Näin myös suurin mahdollinen lepokitka kasvaa (kuvan punaiset nuolet).
Yksittäinen kosketuspiste tuottaa vain pienen kitkavoiman, mutta V-muotoisessa rakenteessa tällaisia pisteitä syntyy valtava määrä. Kun kaikki nämä pienet voimat lasketaan yhteen, tuloksena on erittäin vahva pito. Siksi laatikon työntäminen paikalleen on helppoa, mutta sen vetäminen ulos on yllättävän vaikeaa.
Sama ajatus näkyy myös tunnetussa hammasharjakokeessa, jossa monet pienet kitkavoimat yhdistyvät suureksi voimaksi.
Kun kaksi hammasharjaa painetaan toisiaan vasten harjakset lomittain, jokainen harjas tuottaa vain hyvin pienen kitkavoiman. Koska harjaksia on kuitenkin valtava määrä, kokonaiskitka kasvaa niin suureksi, että niillä voidaan nostaa kokonainen banaaniterttu.
Sama ilmiö näkyy monissa muissakin arkisissa tilanteissa.
Esimerkiksi sumopainijoiden suuri paino ei lisää pelkästään voimaa, vaan myös kitkaa. Mitä suurempi paino, sitä suurempi tukivoima maata vasten, ja sitä suurempi myös kitkavoima jalkojen ja dohyō-kehän välillä. Siksi raskas painija pystyy pitämään paremmin pintansa vastustajaa vastaan.
Tämä pahvilaatikkoniksi perustuu täsmälleen samaan ajatukseen: kasvatetaan tukivoimaa, jolloin myös kitka kasvaa. Viistot pinnat muuttavat alaspäin kohdistuvan voiman sivusuuntaiseksi puristusvoimaksi. Tätä yksinkertaista mutta nerokasta mekaniikan periaatetta kutsutaan kiilaksi.
Tästä syystä kirves juuttuu puuhun ja ovikiila pysyy tiukasti oven alla – molemmat hyödyntävät täsmälleen samaa fysiikkaa.
Olen aiemmin perehtynyt myös pöytäliinan vetotemppuun ja kitkan merkitykseen, joten jätän senkin tähän kiinnostuneille.
Yhteydenotot ja yhteistyö
Haluan tuoda tieteen ihmeet lähemmäksi arkea! Sivustolta löydät runsaasti hauskoja kotona tehtäviä tiedekokeita sekä helposti ymmärrettäviä selityksiä niiden taustalla olevasta fysiikasta ja kemiasta. Tutustu rohkeasti muihinkin artikkeleihin!
・Tietoa ylläpitäjästä, Kuwako Kenistä: täältä
・Yhteistyöpyynnöt (kirjoitukset, luennot, tiedetyöpajat, TV-asiantuntijana toimiminen ym.): täältä ・Uusimmat artikkelit löydät myös X:stä!
Tiedevinkkien YouTube-kanavalla julkaistaan jatkuvasti uusia kokeita!
NEW 分解問題集 理科
- ７月２１日発売！『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。
７・８月のイチオシ実験！
夏でプシュッと爽やか実験！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ７月３０日（水）科学監修「TIF presents ONE SONG FES」（フジテレビ） 26:15~27:15
- 12月26日（土） ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催
書籍のお知らせ
- 『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。
各種SNS（更新情報をお届け！）
【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook 【英語】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。
