200 km/h Lamborghinilla! 12 metrin pöytäliinatempun tiede (TBSin Nature Teacher) [Tieteellinen ohjaus ja esiintyminen]
Olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on kokeilupäivä.
Ohjelma ”Maapallo suuressa luontokokeessa – Nature Teacher”, jossa sain olla mukana sekä tieteen asiantuntijana että esiintyjänä, esitettiin TBS-kanavalla 18. tammikuuta.
Kyseessä on suuri tiedeviihdeohjelma, jossa Chocola Planet -duon jäsenet sekä timelesz-yhtyeen jäsenet haastavat itsensä erilaisissa kokeissa. Ohjelman ideana on koota yhteen eri alojen ammattilaisia ja haastaa yhdessä tieteellisesti vaikeita tehtäviä. Tällä kertaa haasteena oli ennennäkemätön 12 metrin pituisen pöytäliinan vetäminen pöydän alta niin, että pöydällä olevat astiat pysyvät paikallaan.
Minä olin mukana fysiikan asiantuntijana, tarkemmin sanottuna kitkan asiantuntijana.
Minut esiteltiin jopa ”fysiikan friikkinä” (aikaisemmin minua on toisessa ohjelmassa kutsuttu myös ”hulluksi tiedemieheksi”…).
Minua kyllä vähän kiusoiteltiin, mutta ei anneta sen häiritä! Koska sain vastata ohjelman tiedeosuudesta, pääsin mukaan jo suunnitteluvaiheessa. Laskin esimerkiksi köyden tarvittavaa pituutta ja pohdin, miten pöytäliina pitäisi vetää, ja tein myös ennakkokokeita. Ennen ohjelman esitystä tiesin itsekin kokonaisuudesta vain pieniä palasia, enkä tiennyt, miten kaikki lopulta yhdistettäisiin. Kun näin valmiin ohjelman, yllätyin positiivisesti: siitä tuli todella hauska ja hienosti toteutettu kokonaisuus. Televisioalan ammattilaiset ovat kyllä uskomattoman taitavia!
Pöytäliinan vetäminen ei ole pelkkä taikatemppu tai show-esitys, vaan täynnä fysiikkaa. Aiheeseen on helppo päästä mukaan niin lasten kuin aikuistenkin, mutta samalla se tarjoaa erinomaisen mahdollisuuden herättää kiinnostusta fysiikan syvällisempiin ilmiöihin. Itse haluan jakaa tieteen hauskan ja ihmeellisen maailman mahdollisimman monien ihmisten kanssa ja innostaa heitä uteliaiksi. Siksi halusin tarttua tähän haasteeseen heti, kun sitä minulle tarjottiin.
Olin itsekin jo aiemmin tehnyt fysikaalista tutkimusta pöytäliinan vetämisestä. En kuitenkaan ollut koskaan kokeillut mitään 12 metrin mittaista, ja tällä kertaa mittakaava oli aivan valtava. Kun kuulin suunnitelmasta, olin heti innoissani. Olen ollut suuri suurten tiedekokeiden ystävä jo pitkään, joten halu ylittää aiemmin näkemäni 10 metrin pöytäliinahaaste ja yrittää peräti 12 metriä oli valtava.
Ohjelmassa sain myös tilaisuuden pitää fysiikan oppitunnin Chocola Planetin Osada-sanille ja Matsuo-sanille.
Olin tavannut Chocola Planetin jäsenet kerran aiemminkin toisessa ohjelmassa, joten tiesin jo jonkin verran heidän kiinnostuksestaan tieteeseen. Tällä kertaa pääsin kuitenkin pitämään heille kokonaisen oppitunnin ja käyttämään samalla erilaisia kokeiluvälineitä. Kaikkea ei valitettavasti nähty lopullisessa ohjelmassa: teimme esimerkiksi daruma-otoshi-lelun kokeen, kokeilimme ilmatyynyalusta ja pidimme myös ihan tavallista fysiikan oppituntia. Yritin kaikin tavoin saada heidät ymmärtämään, mistä tässä kaikessa oli kyse.
Yksi tämän kokeen avainasioista on hitaus. Hitaus tarkoittaa ominaisuutta, jonka vuoksi paikallaan oleva kappale pyrkii pysymään paikallaan ja liikkuva kappale pyrkii jatkamaan liikettään. Oletko koskaan huomannut sitä arjessa?
Kun bussi lähtee äkisti liikkeelle: kehosi yrittää ”jäädä paikalleen”, mutta jalkasi liikkuvat kitkan ansiosta bussin mukana eteenpäin. Siksi kehosi kallistuu taaksepäin.
Kun bussi pysähtyy äkisti: kehosi yrittää ”jatkaa liikettään”, mutta jalkasi pysähtyvät bussin mukana. Siksi tunnet, että kehosi pyrkii kaatumaan eteenpäin.
Myös lasten lelu ”daruma-otoshi” perustuu samaan hitausilmiöön. Kun alimmaista palikkaa lyödään nopeasti sivuun, päällä oleva nukke pyrkii pysymään paikallaan ja putoaa suoraan alaspäin.
Pöytäliinan vetäminen toimii samalla periaatteella. Haluamme pitää astiat paikallaan. Todellisuudessa väliin tulee kuitenkin yksi hankala tekijä: kitka. Astian ja pöytäliinan välillä on kitkaa, joten kun liinaa vedetään, myös astia pyrkii lähtemään mukaan.
Kitkavoimassa on erityisen kiinnostavaa se, että paikallaan olevan kappaleen tapauksessa kitkavoima kasvaa vähitellen ja saavuttaa lopulta maksimiarvonsa. Suurin lepokitkavoima määräytyy lepokitkakertoimen ja normaalivoiman perusteella. Pinnan koko saattaa tuntua vaikuttavan asiaan, mutta itse kosketuspinnan pinta-ala ei kuulu tähän yhtälöön.
Vielä kummallisempaa on se, että tässä kokeessa olennaisen liukukitkan suuruus ei juuri muutu sen mukaan, kuinka nopeasti pöytäliina liikkuu. Miksi näin tapahtuu? Kokemus kertoo meille, että näin on, mutta ilmiötä ei ole vieläkään täysin selvitetty mikrotasolla. Kitka onkin todella merkillinen voima!
Ohjelmassa selitin kitkan syntymistä pinnan epätasaisuuksien avulla, mutta todellisuudessa mukana on myös muita tekijöitä, kuten
・voima, joka rikkoo atomitasolla syntyneitä sidoksia (adhesioteoria)
・voima, jolla kappale työntää vastapuolen materiaalia syrjään edetessään
Näistä erityisesti adhesioteorialla ajatellaan olevan merkittävä rooli. Olen koonnut aiheesta tarkemman selityksen tänne. Televisio-ohjelmassa teimme myös kokeen, jossa yhdistimme kaksi hammasharjaa ja hyödynsimme niiden välistä kitkaa. Tällä yksinkertaisella järjestelmällä pystyimme nostamaan peräti 3 kilogramman painon.
Teimme myös kokeen, jossa tutkimme, miten kitkavoimaa voidaan kasvattaa käyttämällä autojen hinaamista. Kaksi saman tehoista autoa hinasi toisiaan, ja tehtävänä oli keksiä jokin keino, jolla toinen auto saataisiin voittamaan. Miten se onnistuu? Katso tarkemmat ohjeet täältä.
Se, että pystymme kävelemään ja että autot voivat pysähtyä, on kaikki kitkan ansiota. Tieteen ja teknologian maailmassa kitkan hallintaan kehitetään jatkuvasti uusia tekniikoita.
Curling: jään pinta kiillotetaan, jotta kitka saadaan mahdollisimman pieneksi.
Ilmatyynyalus: alus nostetaan ilmaan ilman avulla, jolloin normaalivoima ja siten myös kitka pienenevät.
Suprajohtava maglev-juna: magneettien avulla juna saadaan leijumaan, jolloin kitka voidaan pienentää lähes olemattomiin ja saavuttaa jopa 500 km/h nopeus.
Tämän haasteen ydin oli siis siinä, miten kitka saadaan mahdollisimman pieneksi ja hitaus hyödynnettyä mahdollisimman tehokkaasti.
Neljä avainasiaa pöytäliinan vetämisen onnistumiseksi
Näiden pohdintojen perusteella ehdotin Chocola Planetille seuraavaa neljän kohdan strategiaa 12 metrin pöytäliinan vetämiseksi.
Valtava nopeus Liukukitkan vaikutusaika pyritään tekemään mahdollisimman lyhyeksi. Jos liina vedetään pois hetkessä, astioille ei jää aikaa lähteä liikkeelle.
Ei ryppyjä Jos pöytäliinaan syntyy ryppyjä, ne toimivat kuin ”seinät” ja työntävät astioita mukanaan. Tärkeää on sekä se, mistä kohdasta pöytäliinaa pidetään, että se, millä tavalla sitä vedetään.
Riittävän painavat astiat Kevyen muovimukin sijaan painava lasilautanen on parempi vaihtoehto. Mitä suurempi massa, sitä voimakkaampi hitaus vastustaa liikkeelle lähtemistä, joten onnistumisen mahdollisuus kasvaa.
Liukas materiaali On välttämätöntä valita sileä kangas, jonka liukukitkakerroin on mahdollisimman pieni.
Lisää aiheesta voit lukea myös tästä artikkelista.
Laskelmat johtivat tavoitteeseen: ”200 km/h”
Kuinka nopeasti pöytäliina pitäisi oikeastaan vetää? Analysoimme videolta onnistuneita tavallisilla pöydillä tehtyjä kokeita ja havaitsimme, että onnistumisen todennäköisyys oli suuri, kun liina vedettiin pois noin 0,20 sekunnissa. Kun sama suhteutetaan 12 metrin pituuteen, tarvittava nopeus on 60 metriä sekunnissa. Se tarkoittaa peräti 216 km/h.
”Pöytäliina on vedettävä noin 200 km/h:n nopeudella.”
Tästä tuli tämän haasteen hurja tavoite. Jotta se voitaisiin saavuttaa, meille järjestettiin erittäin hyvällä kiihtyvyydellä varustettu superauto, Lamborghini.
Valmistelut ja ennakkokokeet
１．Köyden pituuden laskeminen
Jos oletamme tavallisen auton suurimmaksi kiihtyvyydeksi noin 10 m/s², voimme laskea tarvittavan matkan taaksepäin. Jotta nopeus 200 km/h saavutetaan, tarvitaan noin 151 metrin kiihdytysmatka. Turvallisen marginaalin vuoksi meille valmisteltiin 200 metrin pituinen köysi.
２．Huippumateriaali ”Toyoflon”
Kitkan pienentämiseksi Chocola Planetin jäsenille valmistettiin erityinen Toray Industriesin kehittämä kuitumateriaali nimeltä ”Toyoflon”. Sen kitkakerroin on erittäin pieni, joten kyseessä on lähes unelmamainen kangas. Pieni huolenaihe oli kuitenkin sen suhteellinen paino. Miten materiaalin paino vaikuttaisi vetonopeuteen? Entä syntyisikö siihen helposti ryppyjä? Näitä asioita ei voinut tietää varmasti ennen käytännön kokeilua. Myös materiaalin kehittäjä Shibata-san tuli paikalle koepäivänä.
３．Ennakkokoe (2 m)
Aloitimme kokeilemalla 2 metrin pituista Toyoflon-kangasta. Laskelmien mukaan astioiden olisi teoriassa pitänyt liikkua vain 0,21 cm. Kun kokeilimme vetoa käytännössä Lamborghinilla, astiat liikkuivat vain 3 cm. Ryppyjä ei syntynyt lainkaan, ja tulos oli erinomainen. Täysi onnistuminen!
”Tämä onnistuu!”
Minun ja Shibata-sanin lisäksi mukaan liittyivät pöytäliinan vetämisen taitava taikuri JOE MAGIC sekä Takahashi Racingin Tanabe-san. Nyt paikalla oli todellinen ammattilaistiimi, ja kaikki latasivat itsensä täyteen taistelutahtoa.
Varsinainen haaste ja sitten…
Nyt koitti hetki: 12 metrin varsinainen koe. Lamborghini karjui ja kiihdytti, ja pöytäliina vedettiin hetkessä 200 km/h:n nopeudella. Lopputulos oli…
Mitä, mitä, MITÄÄÄ?! Täydellinen, täydellinen epäonnistuminen! Astiat eivät todellakaan jääneet pöydälle, vaan lensivät näyttävästi ilmaan. Minä puolestani lysähdin saman tien kyykkyyn aivan järkyttyneenä.
Studioyleisön ”innostusmittarissa” saimme kuitenkin hienot 93 pistettä. Olisin todella iloinen, jos myös japanilaiset koululaiset ympäri maata innostuivat kokeesta.
Miksi koe epäonnistui? Kokeesta saadut tiedot
Kun hidastimme VTR-videota ja analysoimme tapahtumia tarkemmin, epäonnistumisen syy alkoi selvitä.
Valtavat rypyt syntyivät
Pöytäliinan molemmille sivuille syntyi suuria ryppyjä. Nämä rypyt etenivät kuin aallot ja työnsivät astioita alhaalta ylöspäin, minkä seurauksena ne lensivät ilmaan. Kun katsoimme VTR:ää tarkasti, näyttää siltä, että ryppyjen syntymiseen vaikutti pöytäliinan alle päässyt ilma. Tulimme siihen tulokseen, että ongelma liittyi pöydän ja pöytälevyn saumoihin. Pöytälevyt olisi siis pitänyt yhdistää paljon tasaisemmin ja saumattomammin.
Myös pöytäliinan etupuolella olevan tangon sijoittelua olisi pitänyt miettiä tarkemmin. VTR-videosta pystyimme näkemään, että tanko oli liian korkealla ja sen alta pääsi ilmaa pöytäliinan alle.
Lisäksi kokeessa käytetyt astiat olivat liian kevyitä. Jos astiat olisivat olleet hieman painavampia, niiden hitaus olisi ollut suurempi ja ne olisivat paremmin vastustaneet ryppyjen aiheuttamaa liikettä. Näin onnistumisen mahdollisuus olisi todennäköisesti kasvanut. Esimerkiksi lautasen päälle olisi voinut laittaa omenan tai veitsen ja haarukan sijaan jättää ruokailuvälineet kokonaan pois.
【Uusi mahdollisuus!】
Haaste on erittäin vaikea, mutta seuraavalla kerralla voisimme esimerkiksi käyttää 12 metrin pituista yhtenäistä pöytälevyä ilman saumoja. Toinen vaihtoehto olisi asettaa toinen kangas pöytäliinan alle ja kiinnittää se paikalleen. Kokeissa epäonnistumiset kuuluvat asiaan – haluaisin ehdottomasti yrittää vielä kerran!
Alun perin kuvittelin, että saisimme uuden mahdollisuuden, mutta eri käytännön syistä koe voitiin tehdä vain kerran, ja siihen oli tyytyminen. Se jäi todella harmittamaan. Toisaalta, jos ajattelee asiaa niin, että saimme jälleen yhden uuden aineiston ja yhden uuden datapisteen, oli kyseessä loppujen lopuksi erittäin hyvä kokeellinen tutkimus.
Joka päivä on kokeilupäivä.
Kuvausaikataulun vuoksi meillä oli vain yksi mahdollisuus. On todella harmillista, ettemme päässeet yrittämään uudelleen, mutta tällaista todellisuus joskus on.
Kokeissa ei oikeastaan ole olemassa ”epäonnistumisia”. On vain dataa siitä, mikä ei toiminut tällä kertaa. Otimme vastaan 12 metrin ennennäkemättömän haasteen laskelmien ja teorian avulla, mutta odottamaton fysiikan ilmiö, ”ryppy”, pysäytti meidät. Tämä kokemus on kuitenkin varma askel kohti seuraavaa onnistumista.
Sama pätee meidän kaikkien arkeen. Vaikka asiat eivät menisi suunnitelmien mukaan, kyseessä voi silti olla arvokas havainto ja tärkeä tieto. Jos saan vielä joskus mahdollisuuden samanlaiseen haasteeseen, käytän tämän kerran aikana kerättyä dataa ja onnistun seuraavalla kerralla varmasti!
Muita juttuja
Myös ohjelman virallinen ennakkovideo julkaistiin.
Myös minä vilahtelen hieman ennakkovideolla.
Suosittelen myös sähköiseen todistukseen liittyvää sähkökoetta, jonka tein Suzu Hirose -sanin kanssa! Tutustu myös siihen.
Yhteydenotot ja yhteistyöpyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta osa arkea! Sivustolta löydät hauskoja kotona tehtäviä tiedekokeita ja helposti ymmärrettäviä vinkkejä niiden toteuttamiseen. Tutustu ja hae eri aiheita!
・科学のネタ帳-sivuston sisältöä on julkaistu myös kirjana. Lisätietoja löydät täältä
・Lisätietoja sivuston ylläpitäjästä Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaiset yhteistyö- ja työpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedetyöpajat, TV-ohjelmien tieteellinen valvonta, esiintyminen televisiossa jne.) täällä
・Artikkelien uusimmat päivitykset julkaistaan X:ssä!
科学のネタチャンネル-kanavalla julkaisen tiedekokeita ja 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。
