{"id":54660,"date":"2025-10-19T16:08:08","date_gmt":"2025-10-19T07:08:08","guid":{"rendered":"https:\/\/phys-edu.net\/wp\/?p=54660"},"modified":"2025-10-19T16:08:08","modified_gmt":"2025-10-19T07:08:08","slug":"miksi-moottori-pyorii-taukoamatta-selvita-flemingin-lain-ja-kommuttaattorin-salaisuudet-digitaalisella-3dlla-ja-paperikasityolla","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/phys-edu.net\/wp\/?p=54660&lang=fi","title":{"rendered":"Miksi moottori py\u00f6rii taukoamatta? Selvit\u00e4 Flemingin lain ja kommuttaattorin salaisuudet digitaalisella 3D:ll\u00e4 ja paperik\u00e4sity\u00f6ll\u00e4!"},"content":{"rendered":"

Olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Jokainen p\u00e4iv\u00e4 on kokeilua.<\/strong><\/span><\/p>\n

Kuinka monta moottoria mahtaa ymp\u00e4rilt\u00e4nne l\u00f6yty\u00e4? Tuulettimet, pesukoneet, \u00e4lypuhelinten v\u00e4rin\u00e4t, aina junien py\u00f6riin asti… El\u00e4m\u00e4mme on t\u00e4ynn\u00e4 voimaa, joka saa asioita py\u00f6rim\u00e4\u00e4n. Mutta kun kysyt\u00e4\u00e4n, “Miksi s\u00e4hk\u00f6 saa asioita py\u00f6rim\u00e4\u00e4n?” \u2013 se tuntuu heti v\u00e4h\u00e4n hankalalta. Miten selitt\u00e4\u00e4 s\u00e4hk\u00f6n ja magneetin n\u00e4kym\u00e4t\u00f6n voima?<\/p>\n

T\u00e4h\u00e4n pulmaan saattaa l\u00f6yty\u00e4 apu mahtavasta 3D-grafiikkaohjelmasta, GeoGebrasta! L\u00f6ysin sielt\u00e4 erinomaisen oppimateriaalin moottorin toimintaperiaatteen selitt\u00e4miseen. T\u00e4ss\u00e4 ne ovat:<\/p>\n

Moottorin toimintaperiaatteen “n\u00e4kemin” GeoGebralla
\nT\u00e4m\u00e4 (haku: DC Motor)<\/a><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Tai t\u00e4m\u00e4! (haku: C\u00f3pia de Electric Motor)<\/a><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

N\u00e4it\u00e4 voi katsella tietokoneellakin, mutta suosittelen erityisesti iPad-sovellus GeoGebraa. Mik\u00e4 siin\u00e4 on niin mahtavaa? Se, ett\u00e4 voit itse py\u00f6ritell\u00e4 ja tutkia mallia! Oppikirjan kaksiulotteisesta kuvasta on vaikea hahmottaa, kun sanotaan “t\u00e4ss\u00e4 voima suuntautuu poisp\u00e4in”. Mutta t\u00e4m\u00e4n materiaalin avulla voit py\u00f6ritt\u00e4\u00e4 kuvaa mihin tahansa kulmaan ja ymm\u00e4rt\u00e4\u00e4 konkreettisesti: “Ahaa, se todellakin saa voimaa t\u00e4h\u00e4n suuntaan!”<\/p>\n

P\u00e4\u00e4set todellakin kokeilemaan Flemingin vasemman k\u00e4den s\u00e4\u00e4nt\u00f6\u00e4 omilla k\u00e4sill\u00e4si! Teknologia ratkaisee hienosti 3D-ilmi\u00f6iden selitt\u00e4misen haasteen.<\/p>\n

Digitaalisen ymm\u00e4rryksen j\u00e4lkeen \u2013 analoginen “rakentaminen”!
\nKun olet ymm\u00e4rt\u00e4nyt periaatteen digitaalisen 3D-mallin avulla, her\u00e4\u00e4 luonnollinen halu rakentaa se itse! Otimme mallia opettaja Shotaro Kishin sivustosta, jossa h\u00e4n kokeilee tiedeopetusmateriaalien tekemist\u00e4 #paperimallina, ja teimme oppilaiden kanssa “Py\u00f6riv\u00e4! Paperimoottori 2:n” (t\u00e4ss\u00e4 linkki<\/a>). Tarkastellaan seuraavaksi yhdess\u00e4, miksi t\u00e4m\u00e4 paperimoottori jatkaa py\u00f6rimist\u00e4\u00e4n \u2013 katsotaan sen syd\u00e4meen.<\/p>\n

Flemingin s\u00e4\u00e4nt\u00f6 ja “py\u00f6ritt\u00e4v\u00e4 voima”
\nTarkastellaan ensin tilannetta, jossa virta kulkee k\u00e4\u00e4miss\u00e4 “abcd”-suuntaan.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

T\u00e4ss\u00e4 astuu esiin yl\u00e4koulun tiedetuntien t\u00e4hti, Flemingin vasemman k\u00e4den s\u00e4\u00e4nt\u00f6. Se on se: “Virta, kentt\u00e4, voima!”<\/p>\n

Tarkastellaan k\u00e4\u00e4min “ab”-osaa. Virran suunta on “a\u2192b”. Magneettikent\u00e4n suunta on N-navasta S-napaan. Aseta n\u00e4m\u00e4 kaksi vasemman k\u00e4den keskisormeen (virta) ja etusormeen (kentt\u00e4)…<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Peukalo (voima) osoittaa poisp\u00e4in (kuvan taakse)! Seuraavaksi k\u00e4\u00e4min “cd”-osa. Virta kulkee “c\u2192d”.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Aseta vasen k\u00e4si samalla tavalla… T\u00e4ll\u00e4 kertaa peukalo (voima) osoittaa eteenp\u00e4in (kuvan eteen).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Kuvitelkaa nyt: K\u00e4\u00e4min toista puolta (ab) ty\u00f6nnet\u00e4\u00e4n poisp\u00e4in, ja toista puolta (cd) vedet\u00e4\u00e4n eteenp\u00e4in. Mit\u00e4 tapahtuu? Juuri niin! K\u00e4\u00e4mi alkaa py\u00f6r\u00e4ht\u00e4\u00e4! T\u00e4m\u00e4 on moottorin ensimm\u00e4inen askel.<\/p>\n

“\u00c4lyk\u00e4s temppu”, joka saa sen py\u00f6rim\u00e4\u00e4n
\nT\u00e4ss\u00e4 tulee kuitenkin vastaan suuri ongelma. Mit\u00e4 tapahtuu, kun k\u00e4\u00e4mi on py\u00f6r\u00e4ht\u00e4nyt puoli kierrosta ja ab ja cd ovat vaihtaneet paikkaa? Jos virta kulkisi yh\u00e4 “abcd”-suuntaan… Voima suuntautuisi p\u00e4invastaiseen suuntaan kuin \u00e4sken, ja py\u00f6riminen pys\u00e4htyisi. Se olisi sama kuin, ett\u00e4 joku ty\u00f6nt\u00e4isi keinua v\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4n aikaan vastakkaiseen suuntaan.<\/p>\n

T\u00e4ss\u00e4 vaiheessa esiin nousee moottorin todellinen “keksint\u00f6”: t\u00e4rke\u00e4 osa nimelt\u00e4\u00e4n kommutaattori (virrank\u00e4\u00e4nnin)!<\/p>\n

T\u00e4m\u00e4 kommutaattori vaihtaa virran suunnan “dcba”:ksi aina, kun k\u00e4\u00e4mi py\u00f6r\u00e4ht\u00e4\u00e4 puoli kierrosta.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Kun virran suunta vaihtuu…<\/p>\n

“cd”-osaan (joka on nyt py\u00f6rinyt etupuolelle) virtaa kulkee…<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Voima suuntautuu poisp\u00e4in (t\u00e4ss\u00e4 kuvassa yl\u00f6sp\u00e4in), ja<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

“ab”-osaan (joka on py\u00f6rinyt taakse) virtaa kulkee…<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Voima suuntautuu eteenp\u00e4in (t\u00e4ss\u00e4 kuvassa alasp\u00e4in). T\u00e4m\u00e4n nerokkaan tempun, joka k\u00e4\u00e4nt\u00e4\u00e4 virran suunnan t\u00e4ydellisell\u00e4 ajoituksella, ansiosta moottori saa jatkuvasti voimaa samaan suuntaan ja py\u00f6rii yhten\u00e4\u00e4n!<\/p>\n

Lis\u00e4\u00e4 tietoa kaipaaville
\nT\u00e4ll\u00e4 kertaa olemme tutkineet moottorin periaatetta siirtym\u00e4ll\u00e4 digitaalisten 3D-mallien ja analogisten paperimallien v\u00e4lill\u00e4. Tom Walshin GeoGebra-materiaali on my\u00f6s eritt\u00e4in selke\u00e4, kannattaa ehdottomasti kurkistaa:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

https:\/\/www.geogebra.org\/m\/DsCfTEex#material\/PN2YrxBb<\/a><\/p>\n

Kun “tied\u00e4t jotain ep\u00e4m\u00e4\u00e4r\u00e4isesti” muuttuu muotoon “osaat selitt\u00e4\u00e4 sen mekanismin!”, luonnontieteist\u00e4 tulee entist\u00e4 hauskempaa!<\/p>\n

Kyselyt ja yhteisty\u00f6pyynn\u00f6t
\nTuomme tieteen ihmeet ja kiinnostavuuden l\u00e4hemm\u00e4s! Olemme koonneet selke\u00e4sti hauskoja tiedekokeita, joita voi tehd\u00e4 kotona, ja vinkkej\u00e4 niiden toteuttamiseen. Kokeile etsi\u00e4 eri aiheita! \u30fbT\u00e4m\u00e4 blogi on julkaistu kirjana. Lis\u00e4tietoa t\u00e4\u00e4lt\u00e4<\/a> \u30fbTietoa yll\u00e4pit\u00e4j\u00e4 Ken Kuwakosta t\u00e4\u00e4lt\u00e4<\/a> \u30fbErilaiset yhteisty\u00f6pyynn\u00f6t (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi\/esiintyminen jne.) t\u00e4\u00e4lt\u00e4<\/a> \u30fbArtikkelien p\u00e4ivitykset X:ss\u00e4<\/a>!<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>Kokeiluvideoita Tieteen Vinkkikanavalla (Science Net Channel<\/a>)!<\/p>\n

\uff16\u6708\u306e\u30a4\u30c1\u30aa\u30b7\u5b9f\u9a13\uff01<\/h3>\r\n

\u30ec\u30e2\u30f3\u3084\u30aa\u30ec\u30f3\u30b8\u3067\u98a8\u8239\u3092\u5272\u308d\u3046\uff01\u30a4\u30f3\u30d1\u30af\u30c8\u304c\u629c\u7fa4\u306e\u30ea\u30e2\u30cd\u30f3\u98a8\u8239\u306e\u5b9f\u9a13<\/a><\/p>\r\n

\"\"<\/p>\r\n

\u30c6\u30ec\u30d3\u756a\u7d44\u76e3\u4fee\u30fb\u30a4\u30d9\u30f3\u30c8\u7b49\u306e\u304a\u77e5\u3089\u305b<\/strong><\/b><\/span><\/h3>\r\n