Heidi Juutinen och Joosa Kurvinen.jpg)
6:e plats, nationella kategorin
Heidi Juutinen och Joosa Kurvinen, Mikkelin Lyseon lukio
Hemort: S:t Michel
En bolls fall i medier.
Datorsimulering och därtill ansluten experimentell forskning
(500 euro var)
Hela arbete
Bollen faller – hur beräknas krafterna?
Joosa Kurvinen och Heidi Juutinen, som studerar vid Mikkelin lyseon lukio i S:t Michel, har gjort ett arbete som följer i Isaac Newtons fotspår. I stället för att studera ett fallande äpple studerar Joosa och Heidi en boll i en lite mer komplicerad experimentsituation, med hjälp av datorsimulering.
– Simuleringsidén föddes hösten 2005, då vi ville testa om det var möjligt att enbart på basis av kunskaperna från den första fysikkursen och med hjälp av gratisprogrammet Gamemaker simulera något skeende, t.ex. att en människa faller i vattnet. Senare förenklade vi simulationen att gälla en bolls beteende i samma situation, berättar Joosa och Heidi.
Det fenomen som Joosa och Heidi har undersökt var ett skenbart enkelt men mycket krävande forskningsobjekt. En del av idén att använda simulering var att det då går att ändra egenskaper som ansluter sig till kroppen och omgivningen. Arbetets experimentella del gick ut på att klargöra hur man beräknar de krafter som inverkar under kollisionen. Det gäller alltså de krafter som påverkar bollen då den kolliderar med vattnet, dvs. då den befinner sig delvis i vattnet och delvis i luften.
För mätningarna byggde Joosa och Heidi en ställning med hjälp av vilken de släppte ner bollar av olika storlek i ett kärl med vatten. Via accelerationen mätte de den genomsnittliga motverkande kraften. För mätningen använde de en accelerationsgivare och en ljusport, och de data som dessa gav analyserades med programmet Logger Pro.
– Ett alternativ var också att använda en vanlig videokamera, men hastigheten om 24 bilder/s var inte tillräcklig för exakta mätningar, påpekar Joosa och Heidi.
De experimentella uppgifterna samlade de in genom att släppa ner bollen 200 gånger. Mätningen lyckades under 100 av dessa gånger. De experimenterade med olika variablers effekt på den motverkande kraften, en åt gången. De upprättade tabeller och grafiska representanter över resultaten. Med hjälp av dessa kunde ekvationen ställas upp. Denna formel använde de sedan i själva simuleringen.
Steg i riktning mot en forskarkarriär?
Enligt Joosa och Heidi kan datorsimulering användas för att undersöka hur olika bollar beter sig i en dylik experimentsituation. Ur de grafiska representanter som simulationen ger kan man utläsa olika saker, såsom t.ex. de olika variablernas effekt på fallhastigheten i olika skeden. Enligt skribenterna kan simulering också utnyttjas i andra slags experimentsituationer och även i undervisning.
– Forskningsprojektet har också inneburit en stor personlig nytta. Vi fick möjlighet att bekanta oss med bl.a. olika tekniker för mätning och resultatbehandling och vetenskapligt skrivande. Vi har tagit ett steg mot den vetenskapliga världen, berättar Joosa och Heidi.
Forskningsproblemet tacklas med moderna metoder
I sitt arbete ger Joosa och Heidi sig ambitiöst i kast med ett problem som trots sin synbarliga enkelhet är mycket besvärligt. De närmar sitt ämne med moderna och naturvetenskapliga metoder; till sitt innehåll är arbetet innovativt. Joosas och Heidis experimentuppställning är fungerande och de har utfört ett berömvärt antal experiment. Resultaten presenteras på ett klart och tydligt sätt och utvärderas tillräckligt grundligt utifrån teorin. Även slutledningarna är trovärdiga.