Inertian jäljillä

Julkaistu

Foucaultin heiluri
Foucault'n heilurin liikerata kiertyy pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle. Kts. lisätiedot alla. Kuva: Mika Toivonen
Ranskalainen fyysikko Jean Bernard Léon Foucault esitteli Pariisissa vuonna 1851 heilurin, joka koostui pitkän teräslangan päähän sijoitetusta messinkipallosta. Peruukkien alla varmasti kuhisi jännittynyt tunnelma, kun heilurin kärki piirsi hiekkaan aluksi vain suoraa viivaa, mutta yleisön hämmästykseksi piirtojälki alkoi kiertymään!

Foucault’n heiluri on mielenkiintoinen mittalaite maapallon pyörimisliikkeen tutkimiseen. Maapallon pyöriminen akselinsa ympäri tuottaa nk. Coriolis-ilmiön, joka saa tykinkuulat kaartumaan oikealle sekä matalapaineet pyörimään pääsääntöisesti vastapäivään pohjoisella pallonpuoliskolla.

Suomessa ensimmäinen Foucault’n heiluri asennettiin Eurajoen vesitorniin vuonna 1986. Foucault’n heiluria voi heilutella myös Vantaan tiedekeskus Heurekassa. Huonekorkeuden salliessa Foucault’n heilurin voi valmistaa kätevästi myös kotioloissa.

Henkilöauton sisälle kiinnitetty vappupallo liikahtaa kiihdytyksessä eteenpäin. Oikealle kaartaessa vappupallo kallistuu myös oikealle. Jarruttaessa pallo liikahtaa taaksepäin. Tiheyserojen muodostuminen ja tasoittuminen on läsnä kaikessa, mikä ilmaa tai vettä liikuttaa.

Vappupallon erikoista käyttäytymistä selitetään Arkhimedeen lain nosteella. Vappupallon helium on ympäröivää ilmaa kevyempää kaasua, joten auton kiihdytyksessä heliumin syrjäyttämä ilmamassa muodostaa ylöspäin suuntautuvan nosteen lisäksi vaakasuuntaisen nosteen (tai painegradientin), mikä puskee palloa pienemmän tiheyden suuntaan. Kattoon kiinnitetty omena ei käyttäydy samalla tavoin, sillä omena on ympäröivää ilmaa tiheämpää materiaalia. Painottomassa tilassa (nollakiihtyvyydessä) nostetta ei esiinny lainkaan.

Vatupassi kiihtyy
Kuvassa vasemmalle suuntautuvassa kiihtyvässä liikkeessä oleva vatupassi. Ilmakupla liikkuu kiihtyvyyden suuntaan. Kuva: Mika Toivonen

Vaakasuoralle pöytäpinnalle asetetun vatupassin ilmakupla pystyttelee merkkiviivojen välissä. Mikäli vatupassin toiseen päähän kohdistetaan sormella nopea isku, ilmakupla liikahtaa kohti kiihtyvyyden suuntaa.

Inertia eli hitaus (tai massa) on kaikkeen materiaan liittyvä fysikaalinen ominaisuus, joka vastustaa liiketilan muutoksia.

”Heureka! Olen löytänyt sen!”, kerrotaan Arkhimedeen huutaneen ja juosseen suoraan kylpyammeesta alastomana kaupungille. Mitä Arkhimedes sitten todella oivalsi?

Ehkä sen, että kylpyammeeseen upotettuun litran kokoiseen kumiankkaan kohdistui 9,81 Newtonin noste huolimatta siitä, minkä muotoinen tai painoinen ankka on, kunhan vain on väriltään keltainen.

Lähteet:
MIT OpenCourseWare, Physics I, Classical Mechanics, Prof. Walter Lewin http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-classical-mechanics-fall-1999/

Driving a Car with a Helium Balloon: Physics

Foucault’s Pendulum

http://en.wikipedia.org/wiki/Inertia
http://fi.wikipedia.org/wiki/Foucault%27n_heiluri
http://fi.wikipedia.org/wiki/Coriolis-ilmi%C3%B6

Valokuva:
Kuvassa kahdeksan kilon kahvakuulasta valmistettu Foucault’n heiluri. Kuvattu koejärjestelyn alussa (punainen) ja lopussa (sininen) havaitut kuulan liikeradat. Yhdistetty samaan valokuvaan. Kuvakulma katosta lattiaan.