Fysiikkaa lapsille. Lasten tiedekasvatusmateriaali

Transkriptio

1 Fysiikkaa lapsille Lasten tiedekasvatusmateriaali

2 Sisällysluettelo Johdanto Optiikka Paine Mekaniikka Sähkö Magnetismi Lähteet

3 Johdanto Fysiikan opettaminen lapsille on mukavaa, sillä meidän ympäristömme on täynnä virikkeitä, joita voimme havainnoida ja kokea, kuten esimerkiksi näimme värejä ja voimme tuntea painovoiman hypätessämme ylöspäin. Tarkkailemalla ja tutkimalla ympäristöämme voimme parhaimmillaan avata uusia näkökulmia siitä, miten maailma on rakentunut. Tämä fysiikan varhaiskasvatusmateriaali on suunniteltu alakouluikäisille lapsille ja kokeellisia töitä on toteutettu Snellman kesäyliopiston Lasten tiedeleireillä vuosina Tämä materiaali on vapaasti käytettävissä ja kasvattajat voivat hyödyntää sitä omassa opetuksessaan. Kokeelliset osat on suunniteltu niin, että niitä voi toteuttaa kuka tahansa. Jokaiseen työhön on liitetty teoriaosa, joka antaa tietoa niistä fysiikan lainalaisuuksista joita työhön liittyy. roikkumaan jääpalan yli. On mielenkiintoista seurata lasten ennakkokäsityksiä siitä, mitä jääpalalle tapahtuu; leikkautuuko se kahtia vai pysyvätkö puoliskot toisissaan kiinni. Lopputulos useimmiten hämmästyttää kaikkia. Toisinaan he toistavat kokeen kotona ja jakavat sen tutkimisen ja oivaltamisen riemun vielä uudelleenkin. Haluan kiittää Suomen Kulttuurirahaston Pohjois-Savon rahastoa tämän työn rahoituksesta sekä Snellman kesäyliopistoa. Kiitän myös kaikkia lasten tiedeleireille osallistuneita lapsia sekä ohjaajia. Julkaisu on toteutettu Mobie Oy:n Zine-järjestelmällä. Oppimisen iloa! Riikka Heikkinen Kaikki työt ovat turvallisia tehdä, mutta voivat vaatia aikuisen ohjausta. Materiaalit on valittu niin, että ne löytyvät jo valmiiksi lähes jokaisesta kodista ja koulusta. Töiden tavoitteena on herättää lapsen mielenkiinto tutkimiseen ja oppimiseen. Töitä voi toteuttaa ihan pienimpienkin oppilaiden kanssa, sillä työt eivät vaadi lukutaitoa ja tietoa voi jakaa lapsille ikätason mukaan. Usein lapsilla herää kysymyksiä ja heitä voi johdattaa kyselemään ja tutkimaan lisää. Lapset jaksavat hämmästyttää minua tiedoillaan ja taidoillaan. Joskus omasta mielestäni yksinkertainen asia saattaa kiinnostaa lapsia tuntikausia. Esimerkiksi työ jääpalan sulaminen, missä ohut metallilanka ripustetaan 3

4 Optiikka Minkä väristä valo on? toisistaan muodostaen sateenkaaren. Sateenkaari nähdään aina eri suunnassa kuin aurinko, sillä auringosta tuleva valonsäde heijastuu vesipisaran sisältä takaisin tulosuuntaansa. Valo on sähkömagneettista säteilyä, joka siis koostuu useista eri aallonpituuksista. Näkyvän valon aallonpituudet ovat välillä nanometriä. Niistä violetti valo on lyhintä ja punainen pisintä. Kuva 1: Sateenkaaressa näkyvät valon eri aallonpituudet Meillä kaikilla on jokin havainto valosta ja siitä mitä valo on ja miltä se näyttää, kuten kirkkaasta auringonpaisteesta tai värikkäästä sateenkaaresta sateisena kesäpäivänä. Auringon valo nähdään usein värittömänä tai lämpimän kellertävänä, mutta se sisältää kaikkia eri värejä eli valon aallonpituuksia. Sateenkaaressa näemme auringonvalon eri värit selkeästi. Auringon valo nähdään usein värittömänä, mutta se sisältää kaikkia eri värejä eli valon aallonpituuksia. Eriväriset aallonpituudet taipuvat ilmassa leijuvien sadepisaroiden kaarevilla pinnoilla eri tavoin: Violetti valo taipuu eniten ja punainen vähiten. Näin valkoinen valo hajoaa eri väreihin, joista kukin lähtee hieman eri suuntaan. Eri värit tulevat siis esiin valonsäteen kulkiessa sadepisaroissa, jolloin eri värit erottuvat Valon aallonpituudet: Violetti nm Sininen nm Vihreä nm Keltainen nm Oranssi nm 4

5 Punainen nm Jos valo on todella yksivärinen eli sisältää vain tiettyjä aallonpituuksia, sitä kutsutaan monokromaattiseksi valoksi. Jos valon aallonpituudet ovat kaikki samassa vaiheessa, eli kaikki aallot ovat lähteneet liikkeelle samaan aikaan, kutsutaan valoa koherentiksi. Työ: Miten laservalo eroaa tavallisesta valosta? Tarvikkeet: liikuntasali, ulkokenttä tai pitkä käytävä jossa on tilaa liikkua Työ voidaan jakaa kolmeen osaan ja niiden tehtävänä on havainnollistaa värien eri aallonpituuksia. 1. Oppilaat ovat valkoisen valon kaikki eri värisävyt. He saavat kävellä (tai juosta) sen pituisilla askelilla kuin haluavat salin tai kentän päästä päähän. Heille kerrotaan, että he ovat nyt auringonsäteitä, jotka kulkevat eripituisilla askelilla auringosta maahan. 2. Oppilaat valitsevat oman lempivärinsä tai heidän värinsä määräytyy heidän vaatteidensa mukaan. Heille kerrotaan, että he muodostavat sateenkaaren. Opettaja joko järjestää lapset samaan värijärjestykseen kuin värit ovat sateenkaaressa tai oppilaille näytetään kuva sateenkaaresta, ja heitä pyydetään hakeutumaan oikeaan värijärjestykseen. Oppilaille kerrotaan, että sateenkaaren värit ottavat eripituisia askeleita, siten että punaisilla on pisimmät askeleet ja violeteilla lyhimmät. Koska kaikki valo kulkee samalla nopeudella, täytyy violettien ottaa paljon pieniä askeleita pysyäkseen muiden mukana. 3. Oppilaille kerrotaan, että he ovat laservaloa. Nyt kaikkien tulee kävellä samalla nopeudella ja saman pituisilla askelilla salin tai kentän päästä päähän. Työ: Minkä värisiä karkit oikeasti ovat? Tarvikkeet: Pieni pahvilaatikko joka on maalattu mattamustaksi sisältä ja jossa on aukko taskulampulle yläpuolella sekä kurkistusaukko toisessa reunassa. Taskulamppu, erivärisiä karkkeja/tussin korkkeja ja erivärisiä papereita. 1. Tee laatikon kanteen aukko ja teippaa siihen valkoinen paperi. Tee myös kurkistusaukko laatikon sivuun. Kurkistusaukko on hyvä olla pieni ettei hajavaloa pääse laatikkoon liikaa. 2. Aseta karkit/korkit laatikon sisään vierekkäin. 3. Aseta vuorotellen erivärisiä papereita kannessa olevan aukon päälle ja valaise laatikon sisus taskulampulla paperin läpi hämärässä huoneessa. 4. Oppilaat katsovat kurkistusaukosta, minkä värisiä karkit ovat. 5. Lopuksi karkkien oikeat värit voi paljastaa ottamalla värillisen paperin päältä pois ja valaista laatikkoa vain valkoisen paperin läpi. 5

6 män vuoksi suodattaessa valoa punaisella paperilla punainen karkki näkyy pimeässä laatikossa lähes valkoisena. Koska sininen ja vihreä karkki eivät voi heijastaa punaista valoa, ne näkyvät punaisella paperisuodattimella lähes mustana. Karkkien oikeita värejä on mahdotonta erottaa oikein, ellei laatikkoon tule kaikkia värejä sisältävää valkoista valoa. Työ: Valon taittuminen vedessä Kuva 2: Karkit ja paperit ovat valittu samanvärisiksi. Karkit laitetaan laatikon sisään ja paperit ulkopuolelle. Tarvikkeet: lasinen malja, vettä, rasvatonta maitoa, hyttyssavua (aikuinen sytyttää) jota ohjataan veden yläpuolella olevaan tilaan, paperi jolla vesimaljan voi peittää, laserosoitin. 1. Kaada astia puolilleen vettä ja kaada veteen tippa maitoa. 2. Sytytä hyttyssavu ja polta sitä hetki vedenpinnan yläpuolella. Sulje astia samalla paperilla ettei savu karkaa. 3. Osoita laserkynällä maljan yläreunasta kohti maljan pohjaa (savun läpi). Kuva 3: Karkit ovat pimeässä laatikossa ja niitä valaistaan ylhäältä paperin läpi. Alhaalla laatikon kyljessä on pieni aukko, josta karkit voi nähdä. Mitä tapahtuu ja miksi: Värilliset paperit toimivat suodattimina. Esimerkiksi punainen paperi muuttaa lampun värin punaiseksi. Punainen karkki on punainen, koska se heijastaa punaista valoa. Tä- 6

7 1. Aseta peili on kellon keskelle ympyrän keskipisteeseen. 2. Osoita laserosoittimella kello 12 kohdasta peiliin. 3. Peiliä kääntämällä yritä saada laservalo näyttämään klo 2, 4, 5, 7, 9 ja Miten saat laserin näyttämään klo 6? Entä klo 12? 5. Kellotaulun sijasta ympyrään voi kirjoittaa myös asteet Koe toimii parhaiten hämärässä huoneessa. Kuva 4: Valon taittuminen vedessä. Laserkynällä osoitetaan oikeasta ylänurkasta kohti vasenta alanurkkaa. Ilman ja veden rajapinnassa valo ei etenekään suoraviivaisesti, vaan taipuu alaspäin. Savu ja sumuinen maito auttavat havaitsemaan valon kulkua paremmin. Kun valo siirtyy ilmasta veteen, valo ei kuljekaan samaa linjaa vaan taittuu alaspäin vedenpinnasta. Tämä johtuu siitä että vesi on ilmaa tiheämpää ainetta. Työ: Laserkello Tarvikkeet: Paperille piirretty kellotaulu, laserosoitin, peili Kuva 5: Laserkello. Laserkynällä osoitetaan kello 12 kohdalta kohti keskipistettä, johon myös peili on asetettu. Peiliä kääntämällä saadaan valo taittumaan haluttuun aikaan. Valo heijastuu peilistä samassa kulmasta kuin siihen osuukin, eli tulokulma on sama kuin lähtö- eli heijastuskulma. Jos suoraan peiliä kohti piirretään kohtisuora viiva, saadaan peilin normaali. Tällä kertaa laservalo tulee ja lähtee samassa kulmassa normaaliin nähden koska molemmissa tapauksissa valo liikkuu ilmassa. 7

8 Paine Miten lentokone pysyy ilmassa? Paine kuvaa voimaa, joka vaikuttaa tietylle pinnan alueelle. Paine on sitä suurempi mitä suurempi on pintaan vaikuttava voima ja mitä pienempi on alueen alan suuruus eli pinta-ala. Paineen aiheuttava voima on vastavuoroinen: voimalla on aina vastavoima. Esimerkiksi kun painat sormella nastaa ilmoitustauluun tietyllä voimalla, painaa nasta sormeasi saman suuruisella voimalla takaisin. Näin ollen sekä voima että vastavoima voivat aiheuttaa paineen nastan molemmissa päissä. Nasta kohdistaa voiman varsin suurelle alalle nastan kantaan, mikä pienentää nastan aiheuttamaa painetta sormen päässä ja vähentää nastan painumista sormen sisään. Sen sijaan sormenpään työntävä voima kohdistuu hyvin pienelle alueelle nastan terävään kärkeen, mikä aiheuttaa suuren paineen nastan ja ilmoitustaulunvälissä: nasta painuu ilmoitustauluun. Saman ilmiön huomaat, kun kävelet lumihangella. Kenkä painuu syvälle hankeen, mutta sukset tai lumikengät jalassasi pystyt liikkumaan paljon helpommin. Kävelijän paino vaikuttaa myös: aikuinen uppoaa hankeen syvemmälle kuin lapsi. Paine riippuu voiman suuruudesta sekä pintaalasta, jolle se kohdistuu. Paineen suuruutta mitataan pascaleina. Myös muita paineen yksiköitä käytetään. Esimerkiksi ilmanpainetta kuvatessa käytetään joskus baareja tai elohopeamillimetrejä. Myös nesteet ja kaasut aiheuttavat painetta. Veden paineen voi tuntea itsessään, kun sukeltaa veteen. Mitä pidemmälle sukeltaa, sitä suuremmaksi kasvaa yläpuolelle jäävän veden paine. Niinpä todella syvälle ei voi sukeltaa ilman sukellusvenettä tai erityisiä sukelluspukuja. Ilma ympärillämme puristaa meitä jatkuvasti kasaan ja tästä käytetään nimeä ilmanpaine. Ilmanpaine ennustaa myös tulevaa säätä. Kun ilmanpaine on ympäristöään matalampi, puhutaan matalapaineesta, ja luvassa on todennäköisesti pilviä ja sadetta. Korkeapaineessa ilmanpaine on vastaavasti korkeampi kuin ympäristössä ja sää on todennäköisesti 8

9 kaunis ja aurinkoinen. Kun puhutaan ylipaineesta tai alipaineesta, verrataan painetta ympäröivään ilmanpaineeseen. Ylipaine tarkoittaa ympäristöä suurempaa painetta ja alipaine vastaavasti ympäristöä pienempää painetta. Esimerkiksi polkupyörän renkaaseen pumpataan ylipaine, jotta sillä on hyvä polkea. Lentokone nousee ylöspäin, koska sen siipien yläpuolella on pienempi ilmanpaine kuin siipien alapuolella. Paine-eron synnyttää lentokoneen siiven kaareva muoto. Se vetää osan eteen tulevasta ilmasta ylöspäin ja painaa osan alaspäin, jolloin paine siiven alapuolella on suurempi. Työ: Piikkivuode Tarvikkeet: Tomaatti, nastoja 1. Ota yksi nasta ja laita tomaatti sen päälle. Katso, mitä tapahtuu. 2. Lisää nastoja niin, että niitä riittää koko tomaatin alle, ja laita tomaatti uudestaan nastojen päälle. Yksi nasta uppoaa tomaattiin, mutta monen tomaatin päällä tomaatti pysyy. Tomaatti kohdistaa nastoihin aina yhtä suuren voiman, mutta paine riippuu myös pinta-alasta. Kun tomaatin alla on vain yksi nasta, se kohdistaa tomaattiin suuren paineen ja uppoaa sisään. Kun nastoja on paljon, sama voima leviää paljon suuremmalle alalle. Näin tomaattiin kohdistuva paine pienenee, ja se jää nastojen päälle. Työ: Puhallus Tarvikkeet: Mehupilli, paperilappu (n. 4 4 cm) 1. Aseta paperilappu pöydälle. 2. Aseta toinen käsi paperilapun päälle. 3. Työnnä mehupilli keskisormen ja nimettömän sormen välistä kiinni paperilappuun niin lähelle sen keskustaa kuin mahdollista. 4. Puhalla pilliin voimakkaasti ja nosta samalla kättä. Paperilappu seuraa käden mukana kuin liimattuna. Pilliin puhaltaminen vähentää ilmanpainetta käden ja paperin välillä. Paperilapun alapintaan kohdistuu korkeampi ilmanpaine kuin yläpintaan ja tämä painaa lapun kiinni käteen. Työ: Vesilasi Tarvikkeet: Juomalasi, paperia, vettä Kuva 6: Kun nastoja on useita, ne eivät uppoa tomaattiin koska paine jakautuu suuremmalle alueelle. 1. Täytä lasi vedellä. 2. Aseta lasin päälle paperi. 9

10 3. Pidä kiinni paperista ja käännä lasi ylösalaisin. 4. Päästä varovasti paperista irti. painot roikkumaan jääpalan alle ohuen metallilangan varassa. Työn voi tehdä tiskialtaassa tai sitten asettaa jään alle astian johon sulavesi valuu. Kuva 7: Aseta paperi täyden vesilasin päälle, pitele sitä paikoillaa ja käännä lasi ympäri. Vesi pysyy lasissa vaikka lasi on ylösalaisin. Vesi pysyy lasissa siitä huolimatta, että lasi on ylösalaisin. Tämä johtuu paperin aiheuttamasta alipaineesta sekä veden pintajännityksestä. Työ: Jääpalan sulaminen Tarvikkeet: tyhjä litran maitopurkki, ohut metallilanka, painoja Jäädytä litra vettä maitopurkissa. Poista jääpalan ympäriltä pahvi ja ripusta Ohut metallilanka painuu jääpalan sisään ja lopulta siitä läpi. Metallilanka painaa jäätä ja aiheuttaa siihen painetta. Mitä raskaammat painot ripustaa langasta, sitä enemmän jäähän kohdistuu painetta ja sitä nopeammin lanka uppoaa jäähän. Jääpala ei halkea, koska sulanut vesi jäätyy langan yläpuolella uudelleen. 10

11 Mekaniikka Miten kitka vaikuttaa liikkeeseen? Mekaniikassa tarkasteltavana ilmiönä on usein kitka, joka muodostuu kahden pinnan ollessa kosketuksissa toisiaan vasten. Kitka vastustaa kappaleen liikettä. Kitkan lisäksi myös ilmanvastus hidastaa liikettä ja sen suuruus riippuu kappaleen muodosta ja pintaalasta, myös ilmantiheydestä. Mekaniikka on fysiikan tieteenala, joka tutkii silminnähtävien kappaleiden liikettä. Mekaniikassa voidaan tutkia esimerkiksi joka päiväistä liikkumistasi kävellen, pyörällä tai jollain muulla kulkuneuvolla. Olet varmasti huomannut, että lumessa tai hiekassa käveleminen saattaa olla raskasta, vastatuuleen juokseminen on työläämpää kuin myötätuuleen. 1 Kitkaa voi havainnollistaa hankaamalla käsiä lujaa yhteen. Käsien lämpö syntyy kämmenten välisestä kitkasta. Kitka on hyvin tärkeä ominaisuus, sillä ilman kitkaa me tuskin pysyisimme pystyssä. Aivan samoin kuin liukkaalla jäällä käveleminen on hankalaa, sillä jään kitkakerroin on hyvin pieni. Vastaavasti auton renkaiden kitkakerroin on suuri, sillä on tärkeää, että auto saadaan pysähtymään tarvittaessa nopeasti. Myös nastarenkailla- ja kitkarenkailla on eroa. Kummassa on suurempi kitka: 1 (oikeanpuoleisessa Hondassa nastarenkaat ja 11

12 vasemmassa Mitcubishissä kitkarenkaat) Lepokitka vastustaa kappaleiden liikkeelle lähtöä, liikekitka vastustaa liikettä kappaleen jo liikkuessa. Työ: Ilmanvastus 1. Kappaleet asetetaan kaltevana tasona toimivan levyn tai pöydän päähän vierekkäin siten että erilaiset pintamateriaalit ovat alaspäin. 1. Kallistetaan tasoa ja tutkitaan, mikä palikka lähtee ensimmäisenä liikkeelle. Tarvikkeet: Mitä tahansa esineitä voi käyttää, esimerkiksi paperiarkkeja, höyheniä, kirjoja, palloja, käsipyyhepaperin paloja. 1. Kaksi erilaista kappaletta pudotetaan samalta korkeudelta maahan samalla hetkellä. 1. Tutkitaan, millaisia eroja niiden putoamisessa on. Voidaan esimerkiksi ottaa aikaa miten nopeasti kappaleet putoavat maahan. Ilma vastustaa kappaleiden putoamista. Ilmanvastuksen suuruuteen vaikuttaa kappaleen muoto ja pinta-ala. Huomataan, että jotkut esineet leijailevat ja jotkut putoavat suoraan. Kappaleiden putoamisnopeuteen vaikuttaa myös kyseinen väliaine, jossa putoaminen tapahtuu. Väliaineen vaikutusta putoamiseen voidaan tutkia ilman sijaan esimerkiksi vedessä pudottamalla kappaleita korkeaan, läpinäkyvään vedellä täytettyyn astiaan. Tiheämmässä väliaineessa vastus on suurempaa kuin harvemmassa. Koska vesi on tiheämpää kuin ilma, kappaleet uppoavat vedessä hitaammin. Työ: Kitka Tarvikkeet: Samanpainoisia esineitä, esimerkiksi puusta leikattuja puupalikoita. Palikoiden sivuihin liimataan erilaisia materiaaleja esimerkiksi hiomapaperia, alumiinifoliota ja leivinpaperia. Kuva 8: Puupalikoihin voi liimata erilaisia pintamateriaaleja useisiin tahkoihin, kuvassa on alumiinifolio, kirkas teippi, ilmapallo, hiomapaperia ja läpinäkuvää muovia. Kitka vastustaa kahden kappaleen liikettä kappaleiden koskettaessa toisiaan. Kitkan suuruus riippuu siitä, mistä materiaalista käytetty palikka ja pintamateriaali ovat valmistettu. Kappaleen pinta-ala ei kuitenkaan vaikuta kitkaan. Myös liukuvan kappaleen paino vaikuttaa kitkan suuruuteen. Jotta pintamateriaalin vaikutusta liikkeeseen voitaisiin helpommin tutkia, olisi hyvä, että kappaleet olisivat samanpainoisia. Painon merkitystä kit- 12

13 kan suuruuteen voidaan tutkia esimerkiksi jousivaa alla (ks seuraava työ). 2 Työ: Painon vaikutus kitkaan 1. Asetetaan kappale tasaiselle alustalle ja vedetään sitä jousivaa an avulla. 1. Tutkitaan miten paljon jousi venyy kun kappale lähtee liikkeelle. 1. Päälle lisätään toinen kappale ja koe toistetaan. 1. Lisää päälle vielä kolmas palikka ja toista koe. Kokeen voi toistaa myös vaihtamalla alimmasta palikasta toinen pinta pöytää vasten ja tutkia miten erilaiset materiaalit vaikuttavat kitkavoimaan. Kokeen voi toistaa myös vaihtamalla alimmasta palikasta toinen pinta pöytää vasten ja tutkia miten erilaiset materiaalit vaikuttavat kitkavoimaan. Pöydän ja palikan välinen kitka vaikuttaa siihen miten paljon voimaa tarvitaan palikan liikkeelle saamiseksi. Huomataan myös, että kun kappaleita on kaksi, tarvittava voima on kaksinkertainen ja kun palikoita on kolme, tarvitaan kolminkertainen voima. Jos pöytä on liukas, palikkaa voi vetää myös karkeamman alustan päällä. Mitä karkeampi pinta, sitä enemmän voimaa tarvitaan

14 Sähkö Mitä sähkö on? Aine koostuu sähköisistä varauksista, joita voi olla positiivisia ja negatiivisia. Erimerkkiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa ja samanmerkkiset hylkivät toisiaan. Luonnossa aineissa on elektroneja ylimäärin ja joissain alimäärin. Tämä epätasapaino pyrkii tasoittumaan ja synnyttämään sähkövirran. Sähkövirta syntyy varausten liikkeestä. Sähkö on yksi energian muoto. Suurin osa käytetystä energiastamme on alun perin lähtöisin auringosta. Maapallolle tuleva auringonsäteily sisältää energiaa, joka voidaan muuttaa suoraan sähköksi aurinkopaneeleilla ja varastoida akkuihin ja paristoihin. Auringon energiaa voidaan muuttaa sähköksi myös epäsuorasti: auringon lämmittäessä maapalloa ilman lämpö ja paine muuttuvat, mikä saa aikaan tuulen ja merivirtojen liikettä. Tämä liike voidaankin muuttaa sähköksi tuuli- ja vesivoimaloissa. Auringon energia on lähes ääretön, minkä vuoksi aurinkoa, tuulta ja vettä kutsutaan uusiutuviksi energialähteiksi. Auringon energiaa voi sitoutua myös luonnon kasveihin fotosynteesissä. Polttamalla puuta puihin sitoutunut energia vapautuu lämpönä, joka voidaan muuttaa edelleen sähköenergiaksi. Öljy, turve, maakaasu ja hiili ovat syntyneet kasveista miljoonia vuosia sitten ja ne uusiutuvat siis hyvin hitaasti, minkä vuoksi niitä kutsutaan uusiutumattomiksi eli fossiilisiksi polttoaineiksi. Palamisen kautta tuotetun sähkön sivutuotteena syntyy myös hiilidioksidia, joka lämmittää ilmakehää. Suurina määrinä hiilidioksidi lämmittää ilmakehää haitallisen paljon nopeuttaen luonnon tasapainoa horjuttavaa kasvihuoneilmiötä. Säästämällä sähköä jokainen meistä voi vähentää hiilidioksidin tuotantoa ja vastustaa kasvihuoneilmiötä. Sähköenergian käyttö Me käytämme sähköenergiaa monissa eri koneissa ja laitteissa yhä suuremmissa määrin. Erilaiset laitteet, kuten kännykät ja tietokoneet, lämmitys ja erityisesti valaistus kuluttavat energiaa. Suomessa energiaa tuotetaan muun muassa ydinvoimalla. Toisinaan sähköä ostetaan myös muista maista, kuten Norjasta, jossa sitä tuotetaan vesi- ja tuulivoimalla. Sähköenergiaa siirretään sähköverkoston avulla. Uusiutuvien energialähteiden käyttö vähentävät fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Me käytämme sähköenergiaa monissa eri koneissa ja laitteissa yhä suuremmissa määrin. Erilaiset laitteet, kuten kännykät ja tietokoneet, lämmitys ja erityisesti valaistus kulut- 14

15 tavat energiaa. Suomessa energiaa tuotetaan muun muassa ydinvoimalla. Toisinaan sähköä ostetaan myös muista maista, kuten Norjasta, jossa sitä tuotetaan vesi- ja tuulivoimalla. Sähköenergiaa siirretään sähköverkoston avulla. Uusiutuvat energialähteet vähentävät fossiilisten polttoaineiden käyttöä. 1. Sekoita suola ja pippuri kulhossa. 2. Kampaa hiukset muovisella kammalla ja nosta kampa kulhon päälle. Mitä pippureille tapahtuu? Työ: Staattinen sähkö Tarvikkeet: Kaksi ilmapalloa, villakangasta, alumiinitölkki 1. Hiero ilmapalloa villakankaaseen ja toista ilmapalloa hiuksiin. 2. Yritä viedä pallot lähelle toisiaan. Vetävätkö pallot toisiaan puoleensa vai hylkivätkö ne toisiaan? 3. Laita tyhjä alumiinitölkki pöydälle kyljelleen. Vie pallo lähelle ja seuraa mitä tölkille tapahtuu. 4. Vie ilmapallon vesihanan lähelle niin, että hanasta tulee pieni vesinoro, mitä vedelle tapahtuu? Ilmapallojen hierominen villakankaaseen ja hiuksiin tuottaa staattista sähköä. Molemmat ilmapallot varautuvat negatiivisesti, joten ne hylkivät toisiaan. Hiukset ja alumiinitölkki ovat positiivisesti varautuneita ja siten vetävät ilmapalloja puoleensa. Vesi on polaarista, eli vesimolekyylissä on sekä positiivinen pää että negatiivinen pää, tämän vuoksi ilmapallo vetää myös vesinoroa puoleensa. Työ: Pippurin ja suolan erottaminen toisistaan Tarvikkeet: Hienoa suolaa, jauhettua mustapippuria, pieni kulho, muovinen kampa Kuva 9: Kun kampa on varautunut, pippurit pomppivat astiassa ja takertuvat kampaan. Kun hiuksia kammataan varauksia siirtyy, kampa varautuu sähköisesti. Syntynyt sähköinen epätasapaino pyrkii tasoittumaan siten, että kamman varaukset pyrkivät vetämään pippurijauheen vastakkaismerkkisiä varauksia puoleensa. Työ: Lämmönhukka Tarvikkeet: hehkulamppu ja energiansäästölamppu, joilla on vastaavat luumenen-arvot. Kaksi jääpalaa tai lämpömittari. 1. Kiinnitä lamput valaisimiin ja aseta jääpalat astioihin. 2. Aseta lamput jääpalojen ylle. Kumman lampun alla jääpala sulaa ensin? Vaihtoehtoisesti lampun lämpötilaa voi mitata lämpömittarilla ja verrata kumpi lamppu on lämpimämpi. 15

16 Kuva 12: Hehkulampun alla ollut jääpala on sulanut kokonaan, mutta energiasäästölampun alla ollut jää on vielä osittain sulamatta. Kuva 10: Lämmonhukkaa voi vertailla sulattamalla kahta samankokoista jääpalaa. Lampuiksi on valittu pieni energiansäästölamppu ja hehkulamppu. Hehkulamput kuluttavat paljon sähköä ja tuottavat paljon lämpöä. Kaikki sähköenergia ei kulu valaistukseen vaan menee hukkaan lämpönä. Energiasäästölamput kuluttavat paljon vähemmän sähköä eivätkä lämpene, kuitenkin ne valaiset yhtä tehokkaasti. Energiasäästälamppujen hyötysuhde on paljon parempi kuin hehkulamppujen ja nimensä mukaisesti ne säästävät energiaa. Lisätietoa: 3 Lisätietoa sähköturvallisuudesta sekä materiaaleja ja videoita opettajille: Lisätietoa ydinvoimasta, perustietoa säteilystä ja ydinvoimast: Kuva 11: Jääpalat asetetaan lamppujen alle, mahdollisimman lähelle

17 Magnetismi Voiko magneetin tehdä itse? 2. Kiinnitä ohut lanka toisesta päästä paperiliittimeen ja toinen pää esimerkiksi pyyhekumin ympäri. 3. Nosta paperiliitintä ylöspäin magneetilla niin, että paperiliitin ja magneetti eivät enää kosketa toisiaan. Miten kauas magneetin voi viedä niin että paperiliitin vielä leijuu ilmassa? Magneetti on kappale, joka vetää puoleensa magneettisia esineitä kuten rautaesineitä. Magneetilla on aina kaksi napaa, N eli pohjoisnapa S -eli etelänapa. Ne esiintyvät aina samassa kappaleessa siten, että vaikka magneetti katkaistaisiin kahtia, syntyy kaksi uutta magneettia, joissa molemmissa on N- ja S-navat. Napojen välillä on magneettikenttä, joka kulkee N-navasta S- napaan. Rautaesineet, jotka ovat magneettikentässä, asettuvat magneettikentän suuntaisesti. Työ: Leijuva paperiliitin Tarvikkeet: Paperiliittimiä, paperi, ohutta ompelulankaa noin cm, magneetti 1. Tutki magneetin voimakkuutta keräämällä liittimiä peräkkäin. Kuinka monta liitintä pysyt liittämään jonoksi? Tutki vaikuttaako magneetti myös paperin läpi. Kuva 13: Leijuva paperiliitin. Paperiliittimeen on kiinnitetty ohut lanka ja lankaa pitelee alhaalla painava pyyhekumi. Paperiliitintä nostetaan magneetilla ylöspäin kunnes ne eivät enää kosketa toisiaan. Huomataan että magneetti vaikuttaa paperin 17

18 ja ilman läpi, jotka ovat eristeitä. Magneettikenttä toimii vaikka esineet eivät kosketa toisiaan. Työ: Kompassi Tarvikkeet: Magneetti, neula, pieni kelluslehti, styroksin tai korkin pala, vesiastia 1. Sivele magneetilla neulaa yhdensuuntaisin vedoin kertaa. 2. Aseta neula lehden päälle vesiastiaan. Anna sen vapaasti pyöriä ja sitten pysähtyä. 3. Voit verrata tulosta kompassiin. Maan magneettikenttää voidaan käyttää hyödyksi suunnistuksessa, sillä kompassin neula asettuu maan magneettikentän suuntaisesti. Neula voidaan magnetisoida väliaikaisesti sivelemällä sitä magneetilla. Kompassin pohjoisneula osoittaa kohti pohjoista, joka on itseasiassa maapallon magneettinen etelänapa, sillä erimerkkiset navat vetävät toisiaan puoleensa. Työ: Magneetti kupariputkessa. Tarvikkeet: Kupariputki, kaksi samankokoista metallikappaletta joista toinen on magneettinen ja toinen ei. 1. Tiputa ensin metallikappale putkesta 2. Tiputa magneettinen kappale putkesta 3. Tarkkaile mitä eroa putoamisessa on 4 Kun magneetti tiputetaan kupariputken läpi, syntyy pyörrevirtoja, jotka estävät putoamisliikettä. Tämän vuoksii magneettikappale tippuu putkestä hitaammin. Video: Työ: Sähkömagneetti Kuva 14: Magneetin voi tehdä itse hieromalla neulaa magneettiin ja asettamalla neula vesiastiassa kelluvan kappaleen päälle. Neula kääntyy saman suuntaisesti kuin kompassi. 4 Tarvikkeet: Rautanaula, sähköjohtoa, 1,5 V paristo, paperiliittimiä 1. Tutki tarttuuko rautanaula ensin paperiliittimiin. 2. Sen jälkeen kiedo sähköjohtoa useita kierroksia rautanaulan ympäri ja kytke sähköjohdon päät pariston päihin. 18

19 3. Kokeile nyt uudelleen tarttuuko rautanaula paperiliittimiin. 4. Poista sähköjohto pariston päistä. Kiedo sähköjohtoa lisää rautanaulan ympäri. Kytke sähköjohto uudestaan pariston päihin ja kokeile vielä kerran rautanaulan kiinnittymistä paperiliittimiin. Sähkövirran avulla voidaan aiheuttaa magneettisuutta. Kun johdin kierretään rautaesineen ympärille käämiksi ja johdinta pitkin kulkee virta, se synnyttää johtimen ympärille magneettikentän. Saadaan aikaan sähkömagneetti. Mitä useampi kierros johdinta kierretään naulan ympäri, sitä voimakkaampi magneetti saadaan. Kuva 15: Sähkömagneetti on tehty kietomalla sähköjohtoa rautanaulan ympärille ja kytkemällä johdot paristoon. Rautanaulasta tulee magneettinen. 19

20 Lähteet Lähdeaineistona käytetty seuraavia videoita. Käytetyt internet-sivustot on laitettu aina kunkin artikkelin kohdalle (lisätietoa). Videoita: Youtube.com Kuvituskuvien käyttöehdot: kuvituskuvat on tehnyt Miira Tirkkonen, Mobie Oy Valokuvien käyttöehdot: Jollei kuvateksteissä ole muuta mainittu, tämän materiaalin valokuvat ja videot on ottanut Riikka Heikkinen v Teoksen valokuvat ja videot on lisensoitu Creative Commons Nimeä-Jaa- Samoin 4.0 Kansainvälinen -lisenssillä CC-BY-SA Lisätietoja Lasten tiedekasvatustoiminnasta: Snellman-kesäyliopisto/Lasten yliopisto puh asiakaspalvelu@snellmankesayliopisto.fi