Löytyykö vetovoiman salaisuus Linnanmäen karusellista? “En olisi uskonut, että pääsen yliopistossa tekemään mittauksia kahvikupissa”

Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan ja matematiikan opiskelijat Sini Peltonen, Ronja Laurén, Inka Hiltunen, Inka Tenhunen ja Laura Vasko tutustuivat toisiinsa ensimmäisellä mekaniikan kurssilla tekemällä ryhmälaskuharjoituksia, jotka koskivat pyörimismäärän säilymistä. He jäivät pohtimaan, miten vastaavat ilmiöt toimivat huvipuistolaitteessa, jossa on useampia kiertoakseleita.

Kurssin vetäjä, vanhempi yliopistonlehtori Jami Kinnunen oli sattumalta itsekin istunut perheensä kanssa Linnanmäen kahvikuppikarusellissa, ja pannut merkille, miten kahden ihmisen välillä tuntuu vaikuttavan outo vetovoima. Opiskelijoiden uteliaisuuden innoittamana Kinnunen päättikin hankkia asian tutkimiseen rahoituksen Aallon Perustieteiden korkeakoulun yhdenvertaisuusrahastosta. Ja pian oli opiskelijoille pakattu mittalaitteet mukaan Linnanmäelle.

“Enpä olisi uskonut, että pääsen yliopistossa tekemään mittauksia Linnanmäen kahvikuppikarusellissa”, Hiltunen sanoo.

“Yhtäkkiä siellä oli sähkötarkastajat ja kaikki valmiina paikalla näitä meidän mittauksiamme varten”, Tenhunen kuvailee.

Mittauspäivä huvipuistossa

Linnanmäellä opiskelijoilla oli päivän ajan yksi kuppi käytössään. Ryhmä mittasi kierrosaikoja, kupin hitausmomenttia ja kiihtyvyyksiä kahvikuppikarusellin ajon aikana. Ajojen välissä he kävivät siirtämässä voima-anturia tai käynnistämässä sitä uudelleen, sillä yhteysongelmiltakaan ei vältytty.

“Anturi oli kiinnitettynä vuoroin kuppikarusellin keskelle tai reunaan, ja mittasimme kiihtyvyyttä kuppi tyhjänä, yhdellä ja kahdella ihmisellä. Teimme siis aika monta ajoa, ja uudet kytkennät piti aina tarkistuttaa huvipuiston laiteasentajilla”, Hiltunen sanoo.

Entäpä sitten kahden ihmisen välinen vetovoima, löytyikö sitä?

“Kahden ihmisen välillä ei ole fysikaalista vetovoimaa, vaikka se tuntuukin siltä. Se johtuu kiihtyvyyden muutoksista, ja siitä, että kun istutaan eri puolilla kahvikuppia, kiihtyvyydet kohdistuvat eri suuntiin”, Hiltunen kertoo.

“Emme toisaalta mitanneet ihmisiä, vaan kahvikupin kiihtyvyyttä. Eli mittaukset voivat ottaa kantaa vain siihen, miten kuppi liikkuu karusellissa, eivätkä siihen, minkälaiset voimat liikuttavat sen matkustajia”, Peltonen lisää.

Aprillia, aprillia!

Erikoista kyllä, ryhmä ehti julkaista tutkimusartikkelin jo ennen mittausdatan keräämistä; Kinnuselle on näet muodostunut miltei perinteeksi julkaista aprillipäivänä artikkeli yhdessä fuksien eli ensimmäisen vuoden opiskelijoiden kanssa. Nämä artikkelit saattavat vaikuttaa tieteellisiltä, mutta niihin sisältyy muun muassa keksittyjä välittäjähiukkasia. Aprillipäivän artikkeli on kuitenkin  tarkoitus kirjoittaa uudestaan vakavampaan sävyyn.

“Artikkelin idea oli sanaleikki. Lukija alkaa artikkelin edetessä hoksaamaan, että tässä on jotain höpöä taustalla – vaikka on siinä käytetty myös oikeita matemaattisia malleja”, Vasko sanoo.

Aprillipäivän artikkeli Attraction of a jerk on luettavissa osoitteessa: https://arxiv.org/pdf/2503.24005

Jäätelöä ja pyramideja, fysiikan iloa ja luovuutta

Opiskelijoiden mukaan teknillisen fysiikan opinnoissa tarvitaan luovuutta ja yhdessä pohtimista. Esimerkiksi termodynamiikan kurssilla opiskelijat ovat tehneet jäätelöä jäästä ja suolasta ravistamalla. Tai sitten he ovat laskeneet, kuinka kauan aikaa kuluisi pyramidien rakentamiseen.

“On tyypillistä, että kun lasketaan fysiikan laskuja, saadaan ihan eri vastauksia. Saatetaan jopa huomata, että kummallakaan ei ole oikeaa vastausta – sitten vain aloitetaan alusta”, Hiltunen sanoo.

“Minua on auttanut fysiikan ilmiöiden miettiminen arjessa. Olen yrittänyt vaikkapa seistä metrossa ilman tukea ja samalla pohtinut Newtonin lakeja”, Tenhunen sanoo.

Vaikka ihmisten välistä vetovoimaa ei tutkimuksessa paljastettukaan, opiskelijoilta löytyy kyllä vastaus siihen, mikä meitä huvipuistolaitteissa viehättää: kiihtyvyyden muutokset. Esimerkiksi Linnanmäen Kehrässä ei ole turvakaarta ollenkaan.

“Kun olet ylhäällä pää alaspäin, ratanopeus on kova. Olet siellä kuin liimautuneena penkkiin”, Hiltunen mainitsee.