Se pyörii siitä huolimatta

Samu Turtiainen, 6 v. kysyi Hesarin tiedesivuilla: "Miten kun maapallo pyörii, niin ei tunnu yhtään siltä, että se pyörisi?" Jyrki Näränen, geodeettisen laitoksen erikoistutkija vastasi.

"Emme tunne maapallon pyörimisliikettä, koska sen voima on niin pieni suhteessa ihmistä paikallaan pitävään painovoimaan.

Saman ilmiön voi kokea esimerkiksi junassa. Kun juna on saavuttanut tasaisen matkanopeuden, tuntuu siltä kuin oma keho ei liikkuisi lainkaan, vaikka maisema vilistää ikkunan toisella puolella. Sen sijaan kiihdytyksen ja jarrutuksen aiheuttama muutos tuntuu selvästi.

Kyse on yleisestä fysikaalisesta laista. Maapallon pyörimisliikettä, junan nopeutta tai mitä tahansa muuta tasaista liikettä ei voi tuntea, vaan ainoastaan kiihtyvä tai hidastuva liike tuottavat aistittavia voimia.

Maapallon pyörimisnopeus vaihtelee jatkuvasti hieman, mutta sen havaitsemiseen tarvitaan tarkkoja fysikaalisia mittareita. Ihmisen aistien tarkkuus ei siihen riitä.

Oikaisu: Jutussa kerrottiin virheellisesti, ettei maapallon pyörimisliikettä voi tuntea, koska liike on niin tasainen. Oikea selitys on, että emme tunne maapallon pyörimisliikettä, koska sen voima on niin pieni suhteessa ihmistä paikallaan pitävään painovoimaan."

Monet tarkan sävelkorvan omaavat henkilöt kertovat voivansa fyysisesti pahoin, kun kuulevat pieleen menevää soittoa. Minun fysikaalinen sävelkorvani on kaukana absoluuttisesta, mutta siitä huolimatta saan usein ainakin kimmokkeen kirjoittaa blogiini, kun luen Hesarin tiedepalstan fysikaalisia selityksiä lapsille. Kuten vähän aikaa sitten jo kommentoin, niin lapsille on syytä kertoa asioista yksinkertaistaen ne lasten ajattelun tasolle, mutta ei se tarkoita ihan pehmeiden puhumista fysikaalisesti. Ei ainakaan sivuilla, joiden ylälaidassa lukee "Tiede".

Juttua on jo kerran korjattu, mutta mieleen tulee sen entisen alokkaan asento. Sitä kun ei voinut korjata, se oli tehtävä kokonaan uudestaan alusta alkaen.

Ensimmäisenä fyysikon vähemmän herkkäänkin korvaan sattuu voiman ja kiihtyvyyden syyn ja seurauksen sotkeminen. Voima on kiihtyvyyden syy, ei seuraus. Toiseksi pyörimisliikkeellä ei ole voimaa. Eikä painovoima pidä ihmistä paikallaan. Ainakin minä liikun lähes jatkuvasti toistaiseksi terveillä, joskin hieman levottomilla jaloillani painovoimasta huolimatta. Itse asiassa juuri sen ansiosta.

Tasaisesti pyörivän kiinteän kappaleen jokaisella pisteellä on keskeiskiihtyvyys, jonka suunta on kohtisuora pyörimisakseliin nähden. Kiihtyvyys on suoraan verrannollinen pisteen etäisyyteen pyörimisakselista.  Maapallolla se on siten suurin päiväntasaajalla, mutta sielläkin sen vaikutus on noin 0,5% verrattuna painovoiman kiihtyvyyteen. Jos maapallo lakkaisi pyörimästä, niin kehon painon muutoksesta sitä ei kovin helpolla havaitsisi - muuten kyllä, varsinkin jos se tapahtuu äkkiseltään.

Oletetaan, että maapallo pyörisi niin kovaa, että ihmisen paino päiväntasaajalla olisi sama kuin se on Kuussa, eli 1/6 painosta Maassa. Kun maapallon pintanopeus nykyisin on päiväntasaajalla noin 500 metriä sekunnissa, niin nyt se olisi noin 7000 m/s. Mitä muuta kuin painon keveneminen siitä seuraisi päiväntasaajalla olevan ihmisen tuntemuksia ajatellen?

Päivä olisi tietysti paljon nykyistä lyhyempi. Aurinko, Kuu ja tähdet vilistäisivät aika kyytiä taivaalla. Laulun sanat "yö on nopee tropiikin" saisi ihan uutta sisältöä. Tuulet ja merivirrat olisivat voimakkuudeltaan ihan toisenlaisia, eikä matkustettaessa päiväntasaajalta napoja kohti voisi olla havaitsematta, miten paino lisääntyisi pohjoiseen tai etelään mentäessä.  Vulkaaninen toiminta olisi varmaan paljon aktiivisempaa ja moni muu gravitaatiosta johtuva asia olisi ihan toisella tolalla. Mutta muuten palmun alla makailtaessa olisi vaikea kehossaan tuntea, että räväkkä painonpudotus johtuisi maapallon pyörimisestä.  

Jos pyörimisen hitaus ei ole syy maapallon pyörimisen havaitsemattomuuteen, niin miten sen voisi tuntea kehon aistimuksena. Tähtien liikettä ei lasketa, koska sitä ei mielletä maapallon pyörimisestä johtuvaksi. Ei, vaikka ihmiset sen hyvin tietävät johtuvan juuri siitä.

Tasaisesti liikkuvassa junassa ei tunne kovin helposti liikettä, koska siihen ei liity kiihtyvyyttä. Sama koskee hissiä, sitten kun se on kiihtynyt tasaiseen nopeuteen. Karusellissa ymmärtää pyörivänsä, vaikka olisi silmät kiinni ja karuselli pyörisi tasaisesti. Tunne johtuu siitä, että keho aistii sen voiman, joka antaa keholle kyydissä pysymiseen tarvittavan keskeiskiihtyvyyden. Voima voi syntyä siitä, että pidetään karusellin tangoista kiinni tai karusellissa voi olla jokin seinämä, joka työntää karusellissa olijaa koko ajan keskustaa kohti.   

Moni lukija varmaan miettii tässä vaiheessa, että hyvähän se irvailla: "Väärin sammutettu", mutta miten olisit itse asian kertonut kuusivuotiaalle lapselle?

Ehkä näin.

"Sama Maan painovoima pitää meidät Maan pinnalla (tosin ei paikallaan) ja antaa meille sen kiihtyvyyden, joka tarvitaan, että ihminen pyörii Maan pinnan mukana. Näitä kahta painovoiman seurausta ei tuntoaistilla pysty erottamaan toisistaan.  Ei, vaikka maapallo pyörisi niin nopeasti, että pyörimisellä olisi oleellista vaikutusta Maan pinnalla olevien kappaleiden painoon. Raju pyöriminen antaisi vain tunteen painon kevenemisestä, ei pyörimisestä. 

Karusellissa Maan vetovoima ja karusellin kyydissä ihmisen pitävä voimat ovat erit. Jopa ihan eri suuntaiset. Siksi varsinkin nopeasti pyörivän karusellin pyörimisen tuntee, vaikka olisi kyydissä silmät kiinni.

Kuusta katsoen maapallon pyörimisen sen sijaan aistisi helposti silmillään. Kuu kun kääntää aina saman puolensa Maata kohti ja kiertää Maan paljon pidemmässä ajassa mikä Maalta menee pyörähdykseen."

Kysymys kun ei ole kaikkein helpoimpia, niin vastauksen onnistuminen on lukijan korvien välissä. Saa esittää kommentteja ja parannusehdotuksia. Alussa ja lopussa olevat videot kertovat, että se mikä pyörii ja mikä pysyy paikoillaan on usein katsojan silmissä eikä todellisuudessa.