Heidi Juutinen ja Joosa Kurvinen

6. sija, Kansallinen sarja
Heidi Juutinen ja Joosa Kurvinen, Mikkelin Lyseon lukio
Kotipaikkakunta: Mikkeli

Pallon putoaminen väliaineissa – Tietokonesimulaatio ja siihen liittyvä kokeellinen tutkimus.
(500 euroa/per henkilö)

Kilpailutyö

Pallo putoaa – miten voimat lasketaan?

Mikkelin lyseon lukiossa opiskelevat Joosa Kurvinen ja Heidi Juutinen liikkuvat työssään Isaac Newtonin jalanjäljillä. Joosa ja Heidi tutkivat putoavan omenan sijasta palloa hieman monimutkaisemmassa koetilanteessa, tietokonesimulaation avulla.
- Idea simulaatiosta sai alkunsa syksyllä 2005, kun halusimme kokeilla, voisiko pelkän fysiikan ensimmäisen kurssin tietojen sekä ilmaisen Gamemaker-ohjelman avulla simuloida jotain tapahtumaa, esimerkiksi ihmisen putoamista veteen. Myöhemmin yksinkertaistimme simulaation käsittelemään pallon käyttäytymistä samassa tilanteessa, Joosa ja Heidi kertovat.

Joosan ja Heidin tutkima ilmiö oli näennäisen yksinkertainen, mutta tutkimuskohteena erittäin haastava. Simulaation ideaan kuului se, että kappaleeseen ja ympäristöön liittyviä ominaisuuksia voidaan muuttaa. Työn kokeellisena osana oli selvittää, miten törmäyksen aikana vaikuttavat voimat lasketaan. Kyseessä ovat siis ne voimat, jotka vaikuttavat palloon silloin, kun se törmää veteen eli kun se on osittain vedessä ja osittain ilmassa.

Kiihtyvyysanturi ja valoportti mittausapuna

Mittauksia varten Joosa ja Heidi rakensivat telineen, jonka avulla he pudottivat eri kokoisia palloja vesiastiaan. Keskimääräisen vastustavan voiman he mittasivat kiihtyvyyden kautta. Mittaukseen he käyttivät kiihtyvyysanturia ja valoporttia, joiden antamaa dataa käsiteltiin Logger Pro -ohjelmalla.
- Yhtenä vaihtoehtona oli käyttää myös tavallista videokameraa, mutta 24 kuvaa/s:n kuvausnopeus ei olisi riittänyt tarkkoihin mittauksiin, Joosa ja Heidi huomauttavat.

Kokeellisen tiedon he keräsivät pudottamalla pallon 200 kertaa. Mittaus onnistui näistä 100 kerralla. He kokeilivat erilaisten muuttujien vaikutusta vastustavaan voimaan yksi kerrallaan. Tuloksista he laativat taulukot ja kuvaajat, joiden avulla yhtälön muodostaminen suoritettiin. Tätä kaavaa he käyttivät sitten itse simulaatiossa.

Askeleita kohti tutkijan uraa?

Joosan ja Heidin mukaan tietokonesimulaation avulla voidaan tutkia erilaisten pallojen käyttäytymistä kyseisenlaisessa koetilanteessa. Simulaation piirtämistä kuvaajista voidaan tarkastella erilaisia asioita, kuten eri muuttujien vaikutusta putoamisnopeuteen eri vaiheissa. Simulaatiota voidaan tekijöiden mukaan hyödyntää myös muunlaisissa koetilanteissa ja vaikkapa opetuskäytössä.
- Tutkimusprojektista oli suuri henkilökohtainenkin hyöty. Pääsimme tutustumaan muun muassa erilaisiin mittaus- ja tulostenkäsittelytekniikoihin ja tieteelliseen kirjoittamiseen. Olemme ottaneet askeleen kohti tieteellistä maailmaa, Joosa ja Heidi kertovat.

Tutkimusongelmaa lähestytään modernein metodein

Joosa ja Heidi käsittelevät työssään kunnianhimoisesti näennäisestä yksinkertaisuudestaan huolimatta hyvinkin hankalaa ongelmaa. He lähestyvät aihetta modernein ja luonnontieteellisin metodein, työ on sisällöltään innovatiivinen. Josaan ja Heidin koejärjestely on toimiva ja kokeita on toteutettu kiitettävä määrä. Tulokset on esitetty selkeästi, tuloksia arvioidaan teorian pohjalta riittävän syvällisesti ja johtopäätökset ovat uskottavia.