Heureka-hetki

VIIKON HEUREKA-HETKET ovat minuutin parin mittaisia videoita, joissa toteutetaan hilpeitä, hulvattomia ja hätkähdyttäviä tieteellisiä temppuja. Niiden tarkoituksena on muistuttaa tieteenteon perimmäisestä olemuksesta – leikkimielisestä kokeilusta ja oivalluksen riemusta. Monia tempuista voit testata itse. Niinpä haastammekin nyt sinut ja koko Suomen kansan ikään, sukupuoleen ja nörttiyden tasoon katsomatta astumaan tieteen alttarille. Kokeile kotikäyttöön soveltuvia temppuja, jaa suorituksesi somessa #heurekahetki ja voita koko perheelle liput Heurekaan.

Facebook
Instagram
Twitter

Viikon Heureka-hetki

01. Mies saippuakuplassa

OHJEET:

iso allas, 80 cm halkaisija
10 litraa vettä
4 dl fairya
1 dl glyserolia
3 rkl tomusokeria
kankaalla vuorattu vanne, 70 cm halkaisija

TIEDE:

Suurien saippuakuplien valmistamisessa olennaisinta on oikeanlainen liuos. Saippuakuplakalvo ei rikkoudu, jos sitä kosketetaan esimerkiksi kädellä tai tennismailalla, joka on kostutettu saippuakuplaliuokseen. Saippuakuplan pinta yhtyy käden saippuapintaan, joka ei riko kuplan pintaa.

Saippualiuos koostuu vesi- ja saippuamolekyyleistä. Saippuamolekyyli puolestaan koostuu negatiivisesta rasvahappoionista ja positiivisesta natriumionista. Saippualiuoksen pinnalle muodostuu kerros saippuamolekyyleistä, joissa negatiivisesti varautuneet päät ovat kohti vettä ja hydrofobiset natriumionipäät ulospäin pinnasta.

Vastaavasti saippuakuplissa kalvo on kerros saippuamolekyylejä kalvon molemmilla pinnoilla, joiden välissä on vesimolekyylejä ohuena kerroksena.

Sokeria ja glyserolia lisätään seoksen viskositeetin kasvattamiseksi. Tämä auttaa tekemään sidoksista kestävämpiä, jolloin ne voivat venyä kauemmaksi sekä estää veden haihtumista, joka voi myös aiheuttaa saippuakalvon rikkoutumiseen.

Lisää yksityiskohtia voi löytää artikkelista:
Cyril Isenberg, The Science of Soap Films and Soap Bubbles (Dover, New York, 1992)

02. Tölkin liiskaus

OHJEET:

1 tyhjä juomatölkki
1 lyijykynä

TIEDE:

Alumiiniseos on kestävä ja kevyt materiaali, joka soveltuu esimerkiksi tölkkien valmistukseen. Tölkki on hyvin kestävä, kun tölkin seinät ovat kohtisuoraa tasoa vasten. Seinä on kuitenkin hyvin ohut ja muotoutuu helposti seinämän sivuun suuntautuvasta voimasta. Pienikin lommo sivuseinässä vaikuttaa seinämän tukivoimaan ja johtaa koko rakenteen luhistumiseen painon alla. Toisin sanottuna tölkin sivun puristuslujuus on suuri tölkin seiniä kohtisuoraa tasoa vasten, mutta tölkin seinien taivutuslujuus on hyvin heikko.

Fysiikan aloista lujuusoppi tutkii kappaleiden käyttäytymistä erilaisten kuormien vaikuttaessa niihin. Alumiinitölkkejä ei valmisteta puhtaasta alumiinista, joka olisi liian pehmeää käytettäväksi semmoisenaan tölkeissä. Alumiiniin voidaan lisätä muun muassa rautaa, kuparia, magnesiumia ja sinkkiä tölkin kestävyysominaisuuksien parantamiseksi tölkin säilyessä hyvin kevyenä.

03. Siian suudelma

OHJEET:

1,5 metriä narua
1 iso mutteri
1 kuollut kala
sido narunpää mutteriin ja toinen pää kalan pyrstöön.

TIEDE:

Naru vetää mutteria kohti sormea. Samaan aikaan gravitaatio vetää mutteria kohti lattiaa tehden mutterista heilurin, jonka ripustuspiste on sormessa. Pyörimismäärän säilymislain mukaan, kun pyörivän kappaleen massa siirtyy kohti ripustuspistettä, sen pyörimisnopeus kasvaa. Mutterin nopeuden kasvaessa se kiertyy sormen ympärille. Narun ja sormen välinen kitka pysäyttää kalan putoamisen.

04. Tennistä saippuakuplilla

OHJEET:

5 litraa vettä
2 dl Fairya
0,5 dl glyserolia
1,5 rkl tomusokeria
2 tennismailaa

TIEDE:

Suurien saippuakuplien valmistamisessa olennaisinta on oikeanlainen liuos. Saippuakuplakalvo ei rikkoudu, jos sitä kosketetaan esimerkiksi kädellä tai tennismailalla, joka on kostutettu saippuakuplaliuokseen. Saippuakuplan pinta yhtyy käden saippuapintaan joka ei riko kuplan pintaa.

05. Tulitornado

TIEDE:

Palaminen on kemiallinen reaktio, jossa aine yhtyy happeen. Palamisreaktiossa syntyy lämpöä, joka synnyttää kuumia palokaasuja ja lämmittää ympäröivää ilmaa. Kaasut kohoavat ylöspäin, koska niiden tiheys on ympäröivää ilmaa pienempi. Palamisessa ylöspäin kohoavat kaasut korvautuvat uudella happipitoisella ilmalla paine-eron johdosta kuumien kaasujen kohotessa ylöspäin.

Pyörittämällä koejärjestelmää saadaan putken sisällä oleva ilmamassa pyörimään. Ilmamolekyylit, jotka ovat valmiiksi pyörivässä liikkeessä korvaavat kohoavat kuumat vähemmän tiheät kaasut. Samalla ilmamolekyylit siirtyvät ulompaa sisemmälle ja niiden nopeus kasvaa (1). Nopeuden kasvu johtaa nopeampaan vertikaaliseen virtaukseen ja palamiseen nostaen palokaasut ja liekin huomattavasti korkeammalle kuin paikallaan olevan liekin tapauksessa. Tulitornadoja voi syntyä myös harvinaisena luonnonilmiönä sopivissa olosuhteissa.

(1) A. Yu. Snegirev, J. A. Marsden, J. Francis, G.M. Makhviladze: Numerical studies and experimental observations of whirling flames, Int. J. Heat Mass Tr. 47, 2523 (2004)

06. Paperiraketti vs. Keihäs

TIEDE:

Raketin lähtönopeus on huomattavasti suurempi kuin atleettimme keihäällä. Koska raketin massa on pienempi, vaikuttaa ilmanvastus merkittävämmin paperirakettiin kuin keihääseen. Siksi on ensiarvoisen tärkeää, että raketista on valmistettu hyvin virtaviivainen, jotta kevyen raketin ilmanvastus saataisiin mahdollisemman pieneksi. Siivekkeet pitävät raketin asennon lentoradan suuntaisena, mikä vaikuttaa myös raketin lennon pituuteen.

07. Tomusokerin kuivaus

TIEDE:

Väkevän rikkihapon reaktio veden kanssa on niin eksoterminen (lämpöä muodostava) ja suotuisa, että rikkihappo kykenee irrottamaan vettä jopa hiilihydraateista seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti:

Reaktio: 𝐻2𝑆𝑂4 + 𝐶12𝐻22𝑂11 12𝐶 + 11𝐻2𝑂 + 𝐻2𝑆𝑂4

Rikkihappo + Tomusokeri Hiili + Vesi + Rikkihappo

Reaktion eksotermisyyden voi huomata palaneen sokerin hajusta, sekä astian lämpenemisestä.

08. Tikkakisa Amazonin intiaanien tyyliin

TIEDE:

Ilmanpaineen kasvaessa nopeasti pillissä se lennättää paperisen tikan eteenpäin. Tikasta on valmistettu mahdollisimman virtaviivainen, jotta ilmanvastus kevyen tikan ja ilman välillä saataisiin mahdollisimman pieneksi. Siivekkeet pitävät tikan mahdollisimman hyvin suunnassa, joka vaikuttaa myös merkittävästi lentorataan ja -pituuteen.

Aerodynamiikka on virtausmekaniikan osa-alue, joka tutkii ilman ja kiinteiden kappaleiden vuorovaikutusta niiden liikkuessa toistensa suhteen.

09. Väriä vaihtava Rainbow-cocktail

TIEDE:

Cocktailissa on kyse hapetus-pelkistysreaktiosta: ravistettaessa ilman happimolekyylit sekoittuvat liuokseen, jolloin liuoksen sisältämä indigokarmiini-indikaattori hapettuu ja vaihtaa väriä. Kun ravistelun lopettaa, indigokarmiini-indikaattori pelkistyy ja väri palaa takaisin ennalleen. Glukoosi toimii liuoksessa indigokarmiinin pelkistimenä hapettuen itse ravistelun lopetettaessa. Reaktio vaatii tapahtuakseen myös sopivan happamuuden (pH-arvon), mikä varmistetaan emäksistä lipeää käyttämällä.

 

10. Näin puhallat kynttilät 10 metrin päästä

TIEDE:

Ilmakanuuna synnyttää ammuttaessa nopeasti etenevän ilmarenkaan. Eteenpäin liikkumisen lisäksi ilma pyörii myös ilmarenkaan kehän ympäri.

Bernoullin periaatteen mukaan liikkuvan ilman paine on pienempi kuin ympäröivän ilman, joka pitää ilmarenkaan pitkään koossa. Sama ilmiö voidaan havaita esimerkiksi savurenkaissa.

11. Kuinka rikot kondomin sisällä olevan ilmapallon

OHJEET:
1 kpl ilmapallo
1 kpl kondomi
1 kpl suurennuslasi
käsipumppu

TIEDE:

Snellin lain eli taittumislain mukaisesti auringon sähkömagneettisen säteilyn (mm. valon ja lämpösäteilyn) suunta muuttuu kohdatessaan kahden säteilylle optisesti läpinäkyvän aineen, kuten ilman ja lasin, rajapinnan.

Tätä ilmiötä käytetään hyväksi suurennuslasissa. Suurennuslasin kupera linssi taittaa auringon säteilyä synnyttäen polttopisteen. Suurennuslasin etäisyyttä säätämällä polttopiste saadaan mahdollisimman lähelle sisemmän ilmapallon pintaa. Sisempi ilmapallo hajoaa pinnan lämpötilan kasvaessa riittävän suureksi.