Painovoima ei pelota! Sienen sisällä piileskelevät ”mikrokiipeilijät”
Olen Science Trainer Ken Kuwako. Minulle jokainen päivä on kokeilupäivä.
Kun keittiössä läikkyy vettä, pyyhimme sen nopeasti rätillä. Kylvyn tai suihkun jälkeen taas kuivaamme veden pois sienellä. Tällaiset arkiset liikkeet kätkevät sisäänsä itse asiassa jotain varsin hämmästyttävää: vesi näyttää liikkuvan painovoimaa vastaan! Kun esimerkiksi kastat talouspaperin teen joukkoon, neste alkaa suorastaan kiivetä paperia pitkin ylöspäin. Miten ihmeessä tämä on mahdollista?
Tällä kertaa tarkastellaan, miten sienet ja rätit pystyvät imemään vettä itseensä. Taustalla on yllättävän kiehtova fysiikan ilmiö.
Huokoinen rakenne, joka vetää vettä puoleensa
Kun katsot sientä läheltä, huomaat, että siinä on valtavasti pieniä reikiä. Tällaista rakennetta kutsutaan huokoiseksi rakenteeksi. Sienen sisällä on monimutkainen verkosto ohuita kanavia ja pieniä rakoja – aivan kuin tiheä viidakko. Juuri nämä lukemattomat pienet raot ovat avain siihen, miten vesi pääsee kulkeutumaan ylöspäin.
Kapillaari-ilmiö
Suurin syy siihen, että talouspaperi, rätit ja sienet pystyvät imemään vettä ylöspäin, on kapillaari-ilmiö. Kun ohut putki tai vastaavanlainen kapea tila koskettaa nestettä, neste voi nousta siinä ylöspäin jopa painovoimaa vastaan.
Tässä prosessissa kaksi voimaa on erityisen tärkeässä roolissa.
- Adheesiovoima: voima, joka saa vesimolekyylit tarttumaan sienen seinämiin.
- Pintajännitys (koheesiovoima): vesimolekyylien välinen vetovoima, joka saa ne pysymään tiiviisti yhdessä.
Kun nämä kaksi voimaa toimivat yhdessä, vesi etenee itsestään yhä syvemmälle kapeisiin rakoihin. Ja tässä on kiinnostava yksityiskohta: mitä kapeampi rako on, sitä voimakkaammin neste pyrkii nousemaan sitä pitkin.
Adheesiovoima ja pintajännitys
Miksi vesi pystyy oikein ”kiipeämään” sienen tai lasin seinämää pitkin? Salaisuus löytyy molekyylien pinnalla olevasta rakenteesta nimeltä -OH (hydroksyyliryhmä). Rättien ja luonnonsienten tärkein rakenneaine selluloosa sisältää valtavan määrän näitä -OH-ryhmiä. Niillä on voimakas sähköinen epätasapaino eli polaarisuus, ja siksi ne vetävät puoleensa niin ikään polaarisia vesimolekyylejä – aivan kuin ne viittoisivat vedelle: ”Tule tänne!”
Kun puhutaan kapillaari-ilmiöstä, mieleen tulee ehkä pikemminkin ohut lasiputki kuin talouspaperi. Miksi vesi sitten nousee myös lasiputkessa? Yllättävää kyllä, sileältä näyttävän lasin pinnalla on rakenteita nimeltä silanoliryhmät (Si-OH), jotka muodostuvat lasin pinnan reagoidessa ilmassa olevan veden kanssa. Kun lasiputki upotetaan veteen ja veden pinta alkaa nousta, taustalla tapahtuu nopeasti toistuva kaksivaiheinen prosessi:
- Kiivetään seinämää pitkin (adheesiovoima): seinämän -OH-ryhmät vetävät vesimolekyylejä puoleensa, ja vesi alkaa nousta seinämää pitkin.
- Pintajännitys vetää muita vesimolekyylejä mukaan (koheesiovoima): seinämään tarttuneet vesimolekyylit vetävät viereisiä vesimolekyylejä mukaansa ylöspäin – ikään kuin sanoen: ”Tule sinäkin mukaan!”
Vesi jatkaa nousuaan, kunnes ylöspäin vetävä voima ja veden paino saavuttavat tasapainon.
Öljyn ”salainen voima”, joka saa sen kiipeämään paperia pitkin
Tässä kohtaa herää ehkä mielenkiintoinen kysymys: ”Jos öljyllä ei ole veden kaltaista polaarisuutta eli sähköistä epätasapainoa, miksi öljykin imeytyy talouspaperiin? Voiko öljyn pyyhkiä pois samalla tavalla kuin veden?”
Öljystä puuttuvat veden kaltaiset vetysidokset (voimakkaat molekyylien väliset sidokset), mutta molekyylien maailmassa on olemassa myös paljon hienovaraisempi vetovoima nimeltä van der Waalsin voima. Se on eräänlainen ”olemmehan tässä nyt vierekkäin, joten pysytäänpä vähän lähekkäin” -voima, joka vaikuttaa kaikkien molekyylien välillä. Talouspaperin tärkein rakenneaine selluloosa (hiilen ja vedyn muodostama rakenne) ja öljymolekyylit (jotka nekin koostuvat pääasiassa hiilestä ja vedystä) voivatkin tarttua toisiinsa ainakin jossain määrin van der Waalsin voimien ansiosta.
Öljyn tapauksessa pintajännitys on paljon heikompi kuin vedellä. Siksi öljyllä on voimakas taipumus levitä ympäristöön sen sijaan, että sen molekyylit pysyisivät tiiviisti yhdessä. Kun öljy löytää talouspaperin kuidut, se sujahtaa helposti niiden välisiin pieniin rakoihin tämän hyvän leviämiskyvyn ansiosta.
Vedestä huomaa kuitenkin helposti eron: öljyä on paljon vaikeampi pyyhkiä pois, jos sitä läikkyy. Koska öljy ei ole veden tavoin polaarista, se käyttäytyy tahmeammin ja sen imeytyminen ei ole yhtä tehokasta.
Kun öljymolekyylit kerran pääsevät kuitujen väliin, astuu näyttämölle jälleen aiemmin tutuksi tullut kapillaari-ilmiö. Talouspaperi on kuin ”supermikroskooppinen viidakko”, jossa hyvin ohuet kuidut risteilevät ja kietoutuvat toistensa ympärille. Koska niiden väliset raot ovat erittäin pieniä, jopa van der Waalsin voiman kaltainen suhteellisen heikko adheesiovoima voi riittää vetämään kapeaan tilaan joutunutta nestettä eteenpäin.
Kapillaari-ilmiö voi jopa synnyttää huurretta maaperän pinnalle! Tutustu myös tähän artikkeliin.
Yhteydenotot ja yhteistyöpyynnöt
Haluatko tuoda tieteen ihmeet ja hauskuuden lähemmäs arkea? Sivustolla esitellään kotona tehtäviä hauskoja tiedekokeita ja niiden niksit helposti ymmärrettävässä muodossa. Tutustu sivustoon ja kokeile hakea erilaisia aiheita!
・「科学のネタ帳」の sisältöä on koottu myös kirjaksi. Lisätietoja löydät täältä
・Lisätietoja sivuston ylläpitäjästä Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaiset yhteistyö- ja toimeksiantopyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, kokeilutunnit, TV-ohjelmien tieteellinen valvonta ja esiintyminen jne.) löytyvät täältä
・Saat tietoa uusista artikkeleista X:ssä!
科学のネタチャンネル tarjoaa kokeiluvideoita!
９月のイチオシ実験！
お弁当箱をプラバンがわりにしてキーホルダーを作ろう！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ８月２７日（木）科学監修番組放送予定
- ９月２０日（日）ダビンチマスターズ出演予定
- １０月１０日（土）11:15~12:00 千葉市科学フェスタ2026「桑子先生の回転科学ショー」にてサイエンスショーを行います。
- 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
- 『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。
『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。
