Tuesday, 31 January 2012

Miksi Pekka?



Suurin osa ihmisistä tekee äänestyspäätöksensä aika epärationaalisin perustein. Niin myös Poikkitieteilijä.
Ensimmäisellä kierroksella äänestin Paavoa, koska edesmenneen isäni nimi on Paavo. Toisella kierroksella aion äänestää Pekkaa mm. seuraavista syistä.
1. Hyvän kaverini nimi on Pekka. En tunne henkilökohtaisesti ketään Sauli nimistä. Anneli Saulille olen sanonut kerran kättä päivää, mutta sitä ei vielä lasketa.
2. Erilaisissa otteluissa kannatan yleensä aina etukäteen häviäjäksi tuomittua. Jopa Suomen vastustajaa jääkiekossa, jos vastustaja on täysin altavastaaja. Siksi urheilun seuraaminen tuottaakin minulle yleensä pahan mielen. En ole "Voittajan vankkureihin hyppääjä".
3. Hyvät kaverinikin, kaksi Hannua, kannattavat Pekkaa. Ainakin väittävät näin varsin uskottavasti
4. Finlandia-hymni Rautatieasemalla ei ole minusta postmodernia tekotaidetta, vaan yksinkertaisesti komea.
5. Kun kahdeksasta ehdokkaasta otetaan pois kuusi, niin jäljelle jää kaksi. (Tätä en keksinyt itse, vaan varastin sen tämän päivän Hesarista Markus Leikolalta)

Matemaattisin perustein äänestystilannetta analysoiden tuskin vaivautuisin edes äänestämään. Niinistö johtaa Haavistoa Helsingin Sanomien 31.1.2012 julkaiseman gallupin mukaan tällä hetkellä prosenttiluvuin 64 - 36. Virhemarginaalin kerrotaan olevan 3 prosenttiyksikkö suuntaansa.  Onko tällainen ero kurottavissa näin lyhyessä ajassa kiinni? Ei ole. Tämän voin sanoa tilastotieteilijän varmuudella. Eikä kyseessä ole perinteinen kolmiportainen vale, emävale, tilasto. Gallupin tuloksen virhemarginaalin pitäisi olla 14 prosenttiyksikköä, jotta Haavisto voi voittaa, kun oikeat äänet lasketaan.

Gallupien virhemarginaaleissa käytetään yleensä 95% luottamustasoa. Yksinkertaistettuna se tarkoittaa suunnilleen sitä, että vaalien todellinen tulos mahtuu gallupin antaman tuloksen virhemarginaaliin 95 tapauksessa sadasta.

Kasvatetaan luottamustasoa. Laitetaan se niin suureksi, kuin taulukkokirjoista yleensä löytyy, eli 99,995%. Silloin siis vain 5 tutkimusta 100000:sta voisi olla pielessä enemmän kuin virhemarginaalin verran, joka olisi vajaat 6 prosenttiyksikköä. Siis 99,995% varmuudella Haavisto voisi saada korkeintaan 41,6% äänistä gallupin tulosten satunnaisuuden vuoksi. Alla Hesarin gallupin virhemarginaalin laskeminen yllä olevalla 99,995% luottamustasolla.

 




Epäuskoisille "jos kuitenkin" vänkkääjille siirsin laskennan Exceliin ja tarkastelin tilannetta, että mikä pitäisi luottamustason olla, jotta gallupin antamassa tuloksessa voisi olla Haaviston voittoon tarvittava virhemarginaali. Excel ilmoittaa tuloksen 20 desimaalin tarkkuudella, mutta sillä ei saada vielä 100 % eroavaa tulosta luottamustasossa. Vasta kannatuksella 39% virhemarginaali olisi nyt vaadittavat 11 prosenttiyksikköä luottamustasolla, joka Excelillä laskettaessa eroaa 100 %.sta, eli 99,9999999999% luottamustasolla.

Yllä olevat perustuvat tietysti siihen olettamaan, että gallupin otanta on suoritettu tilastotieteen sääntöjen mukaisesti. Haaviston kannalta valittaen täytyy todeta, että gallupit ovat pitäneet varsin hyvin paikkaansa. Miksi ne pettäisivät juuri nyt?

Jos ja kun toivoa ei näytä olevan, niin miksi ylipäänsä äänestää? Jos tämä olisi Hullunkurisia perheitä, niin Haavistoa äänestäjille tulee tässä pelissä varmuudella jäämään Musta Pekka käteen.

Siksi, että äänestyskopissa ei anneta vain ääntä ehdokkaalle. Äänestäminen ei ole pelkkää matematiikkaa, se on myös yleisempi kannanotto. Ei välttämättä edes toisen puolesta  eikä varsinkaan toista vastaan. Niin kauan kuin voin vapaasti äänestää homoa, tai ketä tahansa epäkorrektiksi koetun ryhmän edustajaa Suomen presidentiksi ilman pelkoa tulla sen takia hakatuksi, syrjityksi tai pakkopaitaan puetuksi, tulen sen tekemään suurella ilolla. Ehdokkaani sukupuolesta,  sukupuolisesta suuntautumisesta, poliittisesta korrektiudesta tai tilastojen antamista olemattomista voitonmahdollisuuksista riippumatta.

Thursday, 26 January 2012

Suomi-brändiä avaruuteen

NASA

Iltalehti kertoi Torstaina 26.1.2012 monien muiden aviisien tavoin maailmallakin laajalle levinneen uutisen.

"Suomi-satelliitti otti upean kuvan Maasta

NASA julkaisi keskiviikkona Suomi-satelliitin ottaman upean kuvan kotiplaneetastamme.

Suomi NPP -satelliitti kuvasi Maata neljän kierroksen aikana 4. tammikuuta. Näistä kuvista yhdistetty otos on Yhdysvaltain avaruus- ja ilmailuhallinto Nasan luonnehdinnan mukaan "upein korkearesoluutioinen kuva Maasta".

Nasa kutsuu kuvaa vuoden 2012 "Siniseksi marmorikuulaksi" (engl. Blue Marble). Alkuperäinen Sininen marmorikuula on Apollo 17 -kuulennolla vuonna 1972 otettu kuuluisa valokuva Maasta. Myöhemmin Nasa on lisännyt kokoelmiinsa lisää vastaavanlaisia, toinen toistaan tarkempia kuvia.

NASA
 Alkuperäinen Blue Marple vuodelta 1972

NASA on nimennyt NPP-satelliittinsa meteorologi Verner E. Suomen (1915-1995) mukaan. Amerikansuomalainen Suomi kehitti 1960-luvulla sääsatelliitteja, ja häntä pidetään laajalti "satelliittimeteorologian isänä"."

Siis kirjaimellisesti Suomi-brändiä parhaimmillaan. Tosin maailmalla julkaistuissa uutisissa ei yleensä ollut mitään mainintaan Werner E. Suomen kytköksistä Finlandiin, mutta Wikipedia sentään kertoo senkin.
Suomi satelliitin ottama kuva saattaa näyttää hieman oudolta moniin Maasta avaruudesta otettuihin kuviin verrattuna. Ahmed Ahne sarjakuvassa maailma oli pannukakku ja sen keskipiste oli Bagdad. Tässä kuvassa se näyttäisi olevan Mexico City. USA:n Etelävaltioiden suhde Pohjoisvaltioihin on se, mikä sen sisällissodassa Konfederaation mielestä pitikin olla. Etelä-Amerikan pohjoisin osa häipyy tässä kuvassa oikeassa alareunassa pienenä pilvien alle.

NASA
Maapallo kuvattuna suunnilleen samasta suunnasta kuin Suomi-satelliitin kuva, mutta paljon kauempaa. Mm. Gröönlanti ja iso osa Etelä-Amerikkaa on näkyvissä.

Syynä on tietysti eri perspektiivit kuvia otettaessa. Sääsatelliitti Suomi kiertää maapalloa noin 870 km:n korkeudessa, kun yleensä kuvat maapallosta on otettu paljon kauempaa. Tällöin Maan pinnalla olevien kohteiden suhteet eivät vääristy niin paljon kuin alempana olevasta satelliitin ottamassa kuvassa.
870 kilometrin korkeudella olevasta satelliitista horisontti näkyy 60 asteen kulmassa pystysuoraan verrattuna. Näin ollen esimerkiksi Helsingin yllä olevasta satelliitista näkyy pohjoisessa Pohjoisnapa ja etelässä Afrikan pohjoisvaltiot.

Heurekan hienon Tiedettä pallolla kohteen  maapallo on läpimitaltaan noin 2 metriä, oikea maapallo noin 13000 km. Tässä mittakaavassa 870 kilometriä vastaa 13 senttimetriä. Eli katsomalla Heurekan palloa 13 senttimetrin päässä näkee maapallon samassa perspektiivissä kuin katsoisi sitä Suomi-satelliitista. Olisiko tässä yksi näkökulma lisää muutenkin todella monipuolisen näyttelykohteen käyttöön?

 Heurekan Tiedettä pallolla kohteen maapallo laajakulmaobjektiivilla 13 senttimetrin päästä pallon pinnasta valokuvattuna. Perspektiivi tekee Pohjoismaista todella suuria muihin maihin, varsinkin kaukaisiin, verrattuna. Tältä maapallo näyttäisi kesällä Suomi-satelliista katsottuna sen ollessa Keski-Ruotsin yllä.

Heurekassa tätä kokeiltaessa lapset ja likinäköiset ovat selvässä etulyöntiasemassa. Esimerkiksi meikäläisellä seniorikansalaisella ei ole enää mitään toiveita tarkentaa katsettaan näin lähelle.

Suunnilleen tältä Maapallo näyttäisi yhdellä silmällä katsottuna päiväntasaajan yläpuolella 36.000 km korkealla geostationaarisella radalla olevasta  tietoliikennesatelliitista. Etäisyys Heurekan pallosta on vajaat 6 metriä.

Silmän verkkokalvolle muodostuva kuva on likipitäen ympyrä. 

 Ajatuskoe. Jos Heureka olisi pienellä asteroidilla, joka kiertäisi Maata yhtä kaukana kuin Kuu kiertää sitä, niin yötaivas voisi näyttää tältä. Maa ja Kuu olisivat tässä kuvassa yhtä kaukana asteroidista. Niiden koot ja etäisyys toisistaan näyttäisivät juuri tällaisilta asteroidilla olevan rautatiealikulkusillan luota katsottaessa. Kaiken muun spekulaation jälkeen ei liene enää vaikeaa kuvitella rautatietä Heureka-asteroidille. 

Maa olisi näistä kahdesta selvästi valaisevampi suuremman kokonsa ja Kuuhun nähden noin kolminkertaisen albedonsa (heijastavuuden)   ansiosta.

Sunday, 22 January 2012

Synttärimuna pulloon



Kävin katsomassa tiedekeskus Heurekassa tiedeteatteriesityksen HYVÄ TULI! uusimman version kenraaliharjoituksen. Se on vauhdikas tulishow, jossa draaman keinoin kerrotaan palamiseen fysiikasta ja kemiasta. Suosittelen vilpittömästi tätä hienosti valo- ja äänimaisemaa yhdistävää esitystä, jos se  sattuu eteen tulemaan. Vaikka ihan yllättäen ja tilaamatta.

Seuraavana päivänä tuli sähköpostissa kiertokirje, jossa minäkin olin päässyt jostain syystä credit-listalle yhtenä alla olevan "seuraavista". En ihan kärkeen, mutta joukon jatkeeksi kuitenkin. (Listaa ei häveliäisyyssyistä johtuen ole tässä). Alla oleva sähköpostivaihto käytiin.

Kiitos kaikille innokkaasta kannustuksesta eilen. Ihan pienellä Heu-panoksella ei tällaista esitystä synnytetä. 1000 asteen kiitokset seuraaville, suunnilleen tuleen astumisjärjestyksessä.
Esitykset jatkuvat! Hyvä tuli! on tarjonnassa harkintamme mukaan sesonkiaikoina, lomakausina, perhepäivinä jne. eli aina kun haluamme tarjota isolle yleisölle napakan elämyksen. Allekirjoittaneiden lisäksi koulutamme vielä kaksi esittäjää - näin voimme sytyttää tulet joinakin viikonloppuinakin.

T. Heko, Nina, Otso, Juuso


Esityshän on kaikin puolin hieno ja vaikuttava. Tieteellistä draamaa tai dramaattista tiedettä parhaimmillaan - miten päin vain halutaan.
Poikkitieteilijä ei olisi poikkitieteilijä, jos hän ei malttaisi olla huomauttamatta pienestä yksityiskohdasta.
Muna pulloon tempun yhteydessä kerrotaan alipaineen vetävän kananmunan pulloon. Fysiikan käsitteiden suhteen tässä on mennyt vähän puurot ja vellit eli työnnöt ja vedot sekaisin. Kun muna sujahtaa pulloon, jokin tekee työtä. Alipaine, ääritilana tyhjiö, ei voi tehdä työtä eli vetää jotain puoleensa. Työtä tekee ylipaine. Siis pullon ulkopuolella oleva ylipaine työntää munan pulloon tai huoneilman ja pullon sisuksen välinen paine-ero työntää munan pulloon. Tilanne olisi ihan sama, jos kaappia lattialla työnnettäessä sanottaisiin, että kaappi liikkuu, koska kitkavoima puute vetää sitä.
Mutta kuten tuli jo todettua, tätä esitystä ei tarvitse hävetä isoimmillakaan foorumeilla. Siinä ei hiki haise, mikä on paras indikaattori tehdyn työn määrästä.


Timo Poikkitieteilijä.

Olet oikeassa (taas). Puhuessamme käytämme useimmiten ilmaisua "ulkopuolisen ilman suurempi paine työntää/painaa/survoo munan sisään". Tuohan korjataan pikimmiten kahdella tavalla:
1) tekstimuutos, kolmella kielellä
2) koko koe pois! (uusi huimempi koe onkin jo työn alla)
Kiitos tarkkuudesta,
Heko

Jäämme jännityksellä odottamaan kehityksen kehittymistä.
TS


Tiede on objektiivista, julkista ja itseään korjaavaa. Samaan ilmoittaa pyrkivänsä myös omien arvojensa perusteella tiedekeskus Heureka. Yllä oleva kirjeenvaihto vahvistaa omalta osaltaan tämän pyrkimyksen toteutumista.

Muna pulloon on variaatio jokaiselle fysiikanopettajalle tutustua demosta, jossa alaspäin käännettyyn vesilasiin nousee vettä, kun lasissa oleva kynttilä sammuu hapen puutteeseen. Ilmiön selitykset vain ontuvat aina silloin tällöin.



Ensimmäinen väärinkäsitys liittyy edellä mainittuun alipaineen kuviteltuun kykyyn vetää tai imeä materiaa puoleensa. Tämä väärinkäsitys ei ole sinänsä mitenkään ihmeteltävä. Onhan esimerkiksi pillillä mehua imettäessä konkreettinen tunne juuri se, että imu vetää mehua pillin avulla lasista. Mehun nousun todellinen aiheuttaja, eli ilmanpaine kun tekee työtään taustalla täysin huomaamattomasti.  Aistihavainnot ja niistä saamat mielikuvat kun eivät aina ole sopusoinnussa todellisten fysikaalisten lakien kanssa. Ei keskipakovoimakaan olisi pysynyt niin pitkään hengissä, jos ei vastaisi paremmin kokemusta kuin ympyräliikkeessä todellisuudessa vaikuttava keskeisvoima.

Toinen yleinen väärinkäsitys liittyy alipaineen  syntymekanismiin. Alipaineen selitään syntyvän siitä, että ilman happi häviää palamisessa, jolloin lasiin jää vain typpeä. Tätä virheellistä käsitystä ruokkii vielä se, että veden pinta nousee suunnilleen sen verran kuin ilmassa on happea. Eli noin 20% ilmatilan kokonaismäärästä.

Happihan ei palamisen aikana katoa minnekään, se on edelleen mukana palamistuotteena. Steariinin palaessa tapahtuu lähinnä seuraavat kemialliset reaktiot.
4H+O2 -> 2H20
C+O2->CO2

Siis kun kaksi moolia happikaasua kuluu palamiseen, niin palamiskaasuja tulee kolme moolia. Sama suhde pätee kaasujen tilavuuksiin. Kaasujen määrä siis näyttäisi pikemminkin lisääntyvän palamisen johdosta eikä suinkaan vähenevän.

Tilanne ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen. Steariinin kemiallinen kaava on C3H5(C18H35O2)3. Yhdisteessä vedyn ja hiilen suhde on pyörein luvuin 2:1. Palamistuotteita tulee täydellisessä silloin samassa suhteessa reaktioyhtälön kertoimet huomioon ottaen. Eli vettä ja hiilidioksidia molempia yhtä paljon.

Vaikka palamisen tuotteena syntynyt vesi onkin aluksi kaasua, niin käytännössä se tiivistyy nopeasti nestemäiseksi vedeksi, joka ei tietenkään osallistu kaasun paineen muodostumiseen. Osa hiilestäkin palaa epätäydellisesti, joten syntyvien palamiskaasujen todellista määrää on ilman tarkempia tutkimuksia aika mahdotonta päätellä.

Onneksi sitä ei tarvitsekaan tietää. Alipaine kun syntyy siten, että palamisen lämmittämä ilma laajenee ja osa siitä virtaa ulos lasista tai pullosta. Kun vesi alassuin käännetyssä lasissa tai muna pullon suulla estää ilmaa virtaamasta takaisin astiassa olevan kaasun jäähdyttyä ja paineen pienennettyä, niin ulkoinen suurempi ilmanpaine työntää vettä lasiin tai vastaavasti munan pulloon.

Vaikka tällä kokeella ei siis voidakaan osoittaa hapen osuutta ilmassa, niin jotain kvantitatiivista sen avulla voidaan kuitenkin arvioida. Vakiopaineessa saman kaasumäärän tilavuudet ovat kääntäen verrannolliset kaasujen absoluuttisiin lämpötiloihin. Kaasun tilavuus siis pienenee noin 20%, kun vesi nousee lasiin. Jos koe tehdään noin huoneen lämpötilassa, eli 293 kelvinissä, niin kynttilän lasissa lämmittämän ilman lämpötilan karkeaksi arvioksi saadaan
T= 293 K/0,8 = 366 K = 93oC.

Mitä tällä tiedolla tekee? Ainakin sen, että tässä tempussa ei näpit ole kovin suuressa vaarassa palaa, vaan se kuluu sarjaan "Tätä voit kokeilla kotonakin!"

Entäpä missäs se synttärimuna sitten on? No tällä Steve Spanglerin Science-videolla.  Katso keskimmäinen videoista.

Sunday, 1 January 2012

Timon parempi maailmankalenteri



Jos saisin määrätä maailman asioita diktaattorin toimeenpanovaltuuksin, niin aika moni asia muuttuisi. Aloitetaan nyt malliksi vaikka kalenterista ja paneudutaan sen jälkeen muihin vähemmän tärkeisiin. Kuten vaikka rahajärjestelmän pelastamiseen.

Maailmalla on monenlaisia kalentereita perustuen yleensä joko Maan kiertoon Auringon ympäri tai Kuun kiertoon Maan ympäri. Yleisin ja meille tutuin on gregoriaaninen kalenteri. Siinä vuosi on jaettu eri pituisiin kuukausiin. Arkielämän kannalta keskeiset viikot eivät ole synkronissa sen paremmin kuukausien kuin vuosienkaan suhteen.

Kuun kiertoaika Maan ympäri, 27,32 vuorokautta ei mene tasan Maan kiertoajan Auringon ympäri, 365,256 vuorokauden kanssa.  Siitä syystä kuukalenteriin pitää joko lisätä karkauskuukausia kuten juutalaisten kalenterissa tai sitten vuodenajat vaeltavat kuten islamilaisessa kalenterissa.

Kun taivaankappaleiden liikkeet ovat mitä ovat, niin kalenteri on sovitettava niiden liikkeisiin. Yksi ehdotus on ns. maailmankalenteri. Sen etuina olisi se, että kalenteri olisi joka vuosi sama, kunhan karkausvuodelle olisi jätetty optio. Maailmankalenterissa vuoden päättää ns. maailmanpäivä, joka ei olisi mikään viikonpäivä. Sama pätisi joka neljäs vuosi olevaan karkauspäivään, joka tässä kalenterissa on sijoitettu kesäkuun loppuun. Kullakin valtiolla on oma harkintavalta, miten näitä maailmanpäiviä viettäisivät - työn vai vapaapäivän merkeissä. Tuskin siitä kovaa riitaa tulee, onnistuihan Samoakin jättämään yhden perjantain väliin siirtyessään toiselle aikavyöhykkeelle vuoden 2012 alusta.

Maailmankalenterin ongelmia, ainakin esteettisiä, on se, että kuukaudet eivät ole saman pituisia ja viikonpäivät eivät ole synkronissa kuukauden päivien kanssa.

Kun maailmankalenteri ei ole ottanut oikein tuulta taakseen, niin ehdotankin siihen muutamaa parannusta. Jaetaan vuoden 364 ensimmäistä päivää 13 kuukauteen, jolloin jokaisessa kuukaudessa on 28 päivää. Vuoden viimeinen päivä tässä Timon paremmassa kalenterissa on Järjen voiton päivä (Venäjällä voiton päivä ja suomalaisen kalenterin Timon päivä ovat molemmat Toukokuun yhdeksäs). Karkauspäivä hamekankaineen voisi olla aivan hyvin vuoden lopussa, jolloin joka neljäs vuosi olisi kaksi Järjen voiton päivää.

Kuukausia on turha nimetä vanhan roomalaisen tradition mukaisesti. Yhtä hyvin voisi olla yksinkertaisesti Ensimmäinen kuukausi jne. Vastaavasti viikonpäivät irtautuisivat kirkollis-pakanallisista yhteyksistään, kun ne nimettäisiin järjestysluvun mukaan. Nykyinen Maanantai olisi Ensimmäinen viikonpäivä jne. Tietenkin voitaisiin käyttää sopivia lyhyitä nasevia ilmaisuja, kuten "Ekakuu, Tokakuu, …" tai viikonpäivistä "Ekapäivä, Tokapäivä, …" tai muista vastaavia. Sopivat suuhun istuvat nimitykset varmaan löytyisivät vaikka nimikilpailun avulla. Esimerkiksi kun nyt tämän vuoden tammikuun 10. päivä on perjantai, niin uudessa paremmassa kalenterissa se olisi joko Ekakuun 10. päivä tai Tokaviikon 3. päivä.

Tässä kalenterissa on siis säilytetty viikon pituus, mutta etuna on nyt se, että kuukausi alkaa aina samalla viikonpäivällä. Helppo muistaa ja muutenkin käytännöllistä. Kuten myös kuukausien nimet ja niiden pituudet. Enää ei tarvitsisi laskea rystysistä, missä kuukausissa on 31 päivää ja missä vähemmän. Se kun ei edesauta muistamaan, missä kuukaudessa on 28 tai 29 päivää.

Lahjoitan Timon paremman kalenterin korvauksetta maailmalle yhtä suuripiirteisesti kuin Ranskan valtio aikoinaan luovutti omistamansa valokuvauksen tekniikan, dagerrotypian oikeudet  kaikkien maailman kansalaisten käyttöön.

 Alla olevaan kommenttiin liittyvä Asimowin vuodenaikakalenteri.