2. Voimailmiöitä

Voimat

Voimat luokitellaan kosketus- ja etävoimiin.

Pallon potkaisu on esimerkki kosketusvoimasta.
Voima muuttaa pallon suuntaa, nopeutta ja joksikin aikaa myös muotoa.

Kitka on liikevastusta kahden kiinteän kappaleen välillä. Kitkan suuruus vaihtelee.

Kengän ja asfaltin välillä on pienempi kitka kuin luistimen terän ja jään välillä.

Etävoimista käy esimerkiksi Maan ja Kuun välinen vetovoima. Se pitää Kuun kiertoradallaan Maan ympäri. Lisäksi se saa valtamerten pinnan vuoroin nousemaan ja vuoroin laskemaan.

Myös Auringon ja Maan välinen vetovoima on etävoima. Vetovoima pitää maapallon ja muut Aurinkokunnan kappaleet kiertämässä Aurinkoa.

Toinen esimerkki etävoimasta on magneettinen voima. Se vaikuttaa jo ilman kosketusta. Tässä kuvassa magneetit vetävät toisiaan puoleensa paksun korttipakan lävitse.


Mitä painovoima tarkoittaa?

Jos hyppäät ilmaan, jokin voima pakottaa sinut takaisin aivan kuin sinussa olisi kiinni näkymätön kumiköysi. Tuo voima on Maan ja sinun välinen vetovoima.

Maan vetovoimaa kutsutaan myös painovoimaksi. Painovoimaa mitataan jousivaa’alla, ja sen mittayksikkö on newton (N). Jousivaaka näyttää, kuinka paljon Maa ja punnus vetävät toisiaan puoleensa.

Tasapainovaa’alla taas mitataan massaa, ja sen mittayksikkö on gramma (g). Kilo tarkoittaa tuhatta, joten tuhat grammaa on kilogramma (kg).

Massan ja painon välinen ero on siinä, että ihmisen massa säilyy samana sekä Maassa että Kuussa. Sen sijaan paino vaihtelee aina vetovoiman mukaan. Kuun ja ihmisen välinen vetovoima on pienempi kuin Maan ja ihmisen välinen vetovoima. Niinpä ihminen painaa Kuussa vähemmän kuin Maassa.

Liike

Liike voi olla kiihtyvää tai tasaista. Liikennevaloista lähtevä auto kiihtyy, kunnes se saavuttaa sopivan nopeuden.

Satelliitti on viety avaruuteen raketin avulla, jolla on ollut suuri kiihtyvyys.

Satelliitin liike on tasaista. Näin se pysyy Maata kiertävällä radalla. Jos vauhti kiihtyisi, se voisi karata Maan vetovoimasta avaruuteen. Jos taas kiihtyvyys olisi negatiivista eli vauhti hidastuisi, se putoaisi vetovoiman vaikutuksesta alas. Satelliitin vauhdin sekä vetovoiman sen ja Maan välillä pitää olla tasapainossa.

Tasapaino ja painopiste

Maan ja Kuun välinen tasapaino on vakaa. Onneksi se ei ole epävakaa tai epämääräinen.

Kuvassa vasemman pullon tasapaino on vakaa, sillä sehän ei pikku tönäisystä kaadu. Keskimmäisen pullon tasapaino on epävakaa eli horjuva, sillä pienikin tönäisy saa sen kaatumaan. Oikealla olevan pullon tasapaino on taas hyvin epämääräinen.



Jokaisella esineellä on painopisteensä. Niin kauan kuin painopiste pysyy tukipinnan yllä, esine on hyvässä tasapainossa eikä kaadu. Kun painopiste siirtyy tukipinnan ulkopuolelle, esine lopulta kaatuu.


Magneettinen voima

Magneettia ympäröi magneettikenttä kuin villasukka jalkaa. kenttäviivat kaartavat magneetin navasta toiseen joka puolella magneetin ympärillä.

Kenttäviivoja saa piirrettyä näkyviin esimerkiksi kompassin avulla, sillä sen neula asettuu kenttäviivojen suuntaisesti.

Kenttäviivoja voidaan yrittää havainnollistaa myös rautaviilajauheen avulla. Todellisuudessa tulos on harvoin näin täydellinen.

Maapallolla on magneettikenttä. Suunnistamiseen käytettävän kompassin neula on pieni magneetti, joka reagoi maapallon magneettikenttään. Neula kiinnitetään sillä tavalla, että se pääsee kääntyilemään mahdollisimman vapaasti.

Neula asettuu maapallon kenttäviivojen mukaisesti etelä-pohjoissuuntaan. Tosin moni asia voi aiheuttaa siinä virhettä.

Kuumentaminen poistaa magneettisuuden. Yleensä yli 80 celsiusasteen kuumuus riittää. Magneettia ei sen vuoksi kannatakaan viedä saunan löylyihin.

Magneettisuus poistuu myös magneettia kolauttelemalla. Sitä ei kannatakaan pudotella kovalle lattialle. Jos rautanaulasta on tehty magneetti, voidaan sen magneettisuus poistaa kolauttelemalla sitä toisella rautanaulalla.

Magneetin navat


Magneetissa on kaksi napaa eli kohtiota: etelä- ja pohjoisnapa. Erimerkkiset navat vetävät toisiaan voimakkaasti puoleensa. Jos magneetti katkeaa, on tuloksena kaksi pienempää magneettia, joilla on omat navat.

Myös raudan ja magneetin välille syntyy voimakas vetovoima, jonka voi silmin havaita.

Rauta aivan kuin muuttuu itsekin magneetiksi. Raudan kaltaisia metalleja ovat myös nikkeli ja koboltti.

Magneetin samanmerkkiset navat hylkivät toisiaan voimakkaasti. Voimakkaita magneetteja on todella vaikea pakottaa yhteen, sillä niiden välille syntyy poistovoima.

Putkeen laitettu magneetti leijuu poistovoiman ansiosta toisen magneetin yllä. Tällä keinolla saadaan yksiraiteiset luotijunatkin leijumaan irti raiteesta.

Maapallo on magneetti

Maapallo on valtava magneetti.

Maapallon ytimen sähkövirrat saavat aikaan magneettikentän (magnetosfäärin), joka on lähes samanmuotoinen kuin kaksinapaisen sauvamagneetin.

Magneettikenttä suojaa meitä aurinkotuulen haitoilta. Navoilta aurinkotuuli pääsee kuitenkin tunkeutumaan ilmakehään ja aiheuttaa taivaalle aavemaisia revontulia.

Aurinkotuuli muovaa maapallon magneettikenttää.

Maapallolle voidaan kuvitella kenttäviivat kuten muillekin magneeteille.


Tiivistelmä

  • Voimat luokitellaan kosketusvoimiin ja etävoimiin, joista jälkimmäisiä ovat esimerkiksi vetovoima ja magneettinen voima.
  • Liikkeet luokitellaan tasaisiin liikkeisiin ja kiihtyviin liikkeisiin, jollainen on myös hidastuva liike.
  • Tasapaino voi olla vakaa, epävakaa tai epämääräinen, ja siihen vaikuttaa esineen painopiste ja tukipinta.