Järjenvastaiseen suuntaan

Metrovaunu joko kiihdyttää vasemmalta oikealle tai jarruttaa päinvastaiseen suuntaan.

Helsingin Sanomien tiedepalstalla 9.3. A. Kanerva kysyi, miksi autossa sisällä oleva heliumpallo liikkuu ”järjenvastaisesti” eteenpäin autoa kiihdytettäessä ja vastaavasti taaksepäin jarrutettaessa.

Helsingin Yliopiston kosmologian professori Kari Enqvist vastasi, että ei ollut sellaisesta kuullutkaan (eikä varmaan nähnytkään), mutta jos näin todella tapahtuu, niin se voisi Enqvistin mukaan johtua kiihdytyksen auton korin sisälle aiheuttamista ilmavirtauksista.

Tämä selvästi vasemmalla kädellä heitetty vastaus sai aikaan kymmenien vastakommenttien vyöryn toimitukseen. Yhteisenä nimittäjänä oli se, että Enqvistin selitys ei pidä paikkaansa. Eroja syntyi siitä, miten asiallisin tai ivallisin sanakääntein asia esitettiin ja mikä oli kommentoijan oma näkemys ilmiön syistä. Jotkut niistä olivat hyvinkin omaperäisiä, kuten käsitykset kiihdytyksen aiheuttamasta lämpötilaerosta auton lattian ja katon välille tai tuulilasin taakse tulevasta tyhjiöstä, kun auto puskee ilmakehän lävitse. Jälkimmäisessä tapauksessa luulisi ainakin etupenkillä istuvien olevan helposti aika huonossa hapessa.

Suurimmalla osalla vastaajilla oli ihan oikea selitys, tosin monin eri tavoin esitettynä. Ehkä helpointa on ymmärtää tilanne seuraavalla tavalla.

Kokemuksesta varmaan jokainen tietää, että autoa kiihdytettäessä kaikki irtonainen autossa pyrkii lähtemään taaksepäin ja vielä helpommin eteenpäin autoa jarrutettaessa. Niin tekee myös auton sisällä oleva ilma. Sehän on vähintään yhtä irtonaista kuin Uncle Ben´s riisi muinaisen TV-mainoksen mukaan. Kiihdytettäessä ilmaa siis ”pakkautuu” auton takaosaan, jarrutettaessa etuosaan. Tämä saa aikaan paine-eron auton sisällä olevassa ilmassa myös vaakasuorassa suunnassa ihan samalla tavalla kuin painovoima saa aikaan paine-eron pystysuorassa suunnassa.

Heliumpallo nousee Arkhimedeen laissa olevan nosteen vaikutuksesta ylöspäin, koska pallo on keveämpi kuin saman kokoinen ilmamassa. Ihan samalla kiihtyvässä autossa vaikuttaa palloon vaakasuora ”työnne”, jonka johdosta pallo pyrkii kohti harvempaa ilmaa. Siis kiihdytettäessä eteenpäin ja jarrutettaessa taaksepäin.

Palloihin vaikuttavat voimat pallojen ollessa vaunuun nähden paikoillaan kuvan metrojunan koordinaatistossa junan kiihdyttäessä vasemmalta oikealle (tai jarruttaessa päinvastaiseen suuntaa) alla. Ylempänä heliumiin ja alempana ilmapalloon vaikuttavat voimat.

G = pallon paino

N = ilman noste

T = kiihtyvän liikkeen ja ilman ”työnteen” yhteisvaikutus

F = langan jännitysvoima

Kun pallot ovat tässä tilavuudeltaan yhtä suuret, niin noste on molempiin sama. Kun vielä heliumpallo on yhtä paljon ilmaa kevyempi kuin ilmapallo ilmaa painavampi, niin tilanne on hyvin symmetrinen ja pallot ovat samassa kulmassa pystysuoraan nähden kiihdytettäessä.

Matemaattinen malli voitaisiin rakentaa jopa siten, että nostetta ei olisi lainkaan kaavoissa mukana, vaan sen "sisältyisi" kappaleen massaan. Ilmaa kevyemmillä kappaleilla olisi silloin negatiivinen massa. Kovin fiksua tällainen matemaattinen käsittely ei olisi. Se johtaisi mm. siihen, että massa olisi ilmanpaineesta riippuvainen. Varsinainen meteorologinen suhteellisuusteoria.

Ajettaessa kaarteessa keskeiskiihtyvyys on usein paljon suurempi kuin autoa eteenpäin kiihdytettäessä. Tämän näkee selvästi auton lattiassa narulla kiinni olevasta heliumpallosta. Ajettaessa liikenneympyrässä vielä varsin maltillisella vauhdilla pallo pyrkii voimakkaasti sivuun ja jälleen ”väärään” suuntaan, kohti kaartosäteen keskustaa. Olemattoman keskipakovoiman nimiin vannovat saavat tässä tapauksessa pitkän nenän.

Täällä video heliumpallosta kiihdyttävässä autossa ja metrossa

Ilmiö on hyvin havainnollinen esimerkki Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhdestä kulmakivestä. Gravitaatiosta ja liikkeestä aiheutuvaa kiihtyvyyttä ei voida kokeellisesti erottaa toisistaan. Tästä syystä kosmologian professorin antamaa vastausta voidaan pitää hieman nolona lapsuksena. Tosin Kari Enqvist on aina korostanut, että kosmologina hänen kiinnostuksensa maailmankaikkeuden tapahtumiin loppuu alkuräjähdyksen ensimmäisen sekunnin jälkeen. Nykyiset fysiikan lait tulivatkin ehkä voimaan vasta tämän jälkeen.

Ehkä yhtä mielenkiintoisia kuin ilmiön fysikaaliset taustat ovat myös tähän juttuun liittyvät sosiaalis-psykologiset ulottuvuudet.

Suomessa on kullakin hetkellä aika rajallinen määrä oman alansa ehdottomia auktoriteetteja. Primus inter parens –tyyppejä vailla vertaa. Kosmologian ja tähtitieteen kirkkaimmat akateemiset tähdet (ei tullut muuta vertausta mieleen) tällä hetkellä ovat Kari Enqvist ja Esko Valtaoja. Professoreja molemmat, Kari Helsingin Yliopiston kosmologian ja Esko Turun tähtitieteen. Siis ihan oikeiden tieteiden istuimilla (anteeksi vain te sinänsä ihan kunnianarvoisat sukankutomistieteiden proffat). Lisäksi kumpikin on useasti palkittu ja suosittu tietokirjailija ja haluttu luennoitsija. Kumpi on number one, siitä taitaa herroilla olla hieman kissan hännän vetoa toisiinsa kohdistuvista pienistä piikeistä päätellen. Joka tapauksessa viisaita ja arvostettuja ja kaiken kunnioituksen arvoisia miehiä. Mahtavatko käydä edes vessassa, kuten kuulemma kuninkaallistenkaan ei tarvitse tehdä. Tai jos käyvätkin, niin korkeintaan saadakseen olla hetken rauhassa rasittavan nöyristeleviltä alamaisiltaan.

Mutta kun meidän tavallisten pulliaisten yläpuolelle kohotetulta (ei heidän itsensä, vaan meidän pulliaisten taholta) livahtaa lapsus, pääsee suusta sammakko tai muuten vain ei ole tule ajatelleeksi mitä loihee lausumaan, niin siitäpä riemu syntyy. Tämän palstan pitäjän tavoin kymmenet toimessa tai eläkkeellä olevat fysiikan lehtorit, insinöörit ja muut itseään asioista yleensä hyvin perillä olevana tahona pitävät ryntäsivät tiistaiaamuna kesken aamukahvin lähettämään vastineitaan Hesarin tiedetoimituksille. Se Eenkvisti on aina niin olevinaan, nytpä sille näytetään närhen munat ja mistä kana kusee ja minkä vielä lintuvertauksen keksinkään. Alla pari otetta kommenttien johdannoista.

”Kosmologian professori on tainnut olla pulkkamäessä silloin, kun koulussa fysiikan tunnilla opetettiin dynamiikan perusteita ja Arkhimedeen lakia?”

”Olisi pitänyt kysyä yläasteen fysiikan opettajalta eikä norsunluutornissa alkuräjähdyksen parissa puuhastelevalta hajamieliseltä professorilta”

Voin vain kuvitella sitä oikeassa olemisen riemua ja siihen liittyvää testosteronin (kaikki kommentoijat olivat tosiaan miehiä) määrää, jota on ollut ilmassa vastineita kirjoitettaessa. Professori Enqvist on kerrankin väärässä ja minä pääsen sen oikaisemaan.

Harva asia kutkuttaa amatööriä enemmän kuin tietää jotain sellaista, josta alan ammattilainen ei syystä tai toisesta ole edes kuullut. Appiukkoni, nyt jo valitettavasti edesmennyt, ei koskaan lakannut (muka) ihmettelemästä sitä, että eräässä television tietokilpailussa viisaat vastaajat eivät tienneet, ketkä lauloivat yhtyeessä Harmony Sisters. No, nehän olivat tietysti kotkalaiset Valtosen sisarukset, Vera, Maire ja Raija, minkä vastauksen appiukko tiesi ilman tukan raapimistakin. Kohtuuden nimissä on todettava, että appeni tietovarastoon kuului paljon muutakin sellaista, mikä olisi saattanut jäädä tietoviisailta vastaamatta. Mm. missä olivat parhaat mustikkapaikat Sääksmäen Mattilan kylän metsissä.

Jos minä olisin päättämässä, niin antaisin Kari Enqvistille tästä Suomen mielenterveysseuran ”Päivän Hyvä Työ” –mitalin. Niin monen päivän hänen lipsahduksensa pelasti muuten ankeana keväisen sohjoisena tiistaina 9.3. Joten päästele vain Kari näitä sammakoita jatkossakin. Ei jatkuvalla syötöllä, mutta sopivin väliajoin ja sopivassa suhteessa. Niillä olisi meille alemmuudentuntoisille paljon suurempi terapeuttinen merkitys kuin niillä viisailla ja nokkelilla sanoilla, joita olemme lukeneet kirjoistasi ja joilla olemme kuulleet sinun väittelyissä narisevan opponentit maan rakoon.

Lukija saattaa ihmetellä, että miten Esko Valtaoja tähän juttuun liittyi. Se selviää seuraavassa blogissa.