Potuttaako bensalasku? Kolmasosa autosi käyttämästä polttoaineesta kuluu kitkan voittamiseen. Uusilla pinnoitteilla kitkakerroin putoaa helposti kymmenes-osaan ja vesivoitelu korvaa öljyn.

Teksti: Maria Korteila

Potuttaako bensalasku? Kolmasosa autosi käyttämästä polttoaineesta kuluu kitkan voittamiseen. Uusilla pinnoitteilla kitkakerroin putoaa helposti kymmenes-osaan ja vesivoitelu korvaa öljyn.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2012

Kitka auton tiellä pitää. Mutta henkilöautossa kitka hörppää polttoaineesta peräti 33 prosenttia. Jäähdytykseen kuluu suunnilleen yksi kolmannes, ja pakokaasujen mukana haihtuu viimeinenkin kolmannes bensatankkiin ostetusta energiasta. Karkeasti ottaen.

Auton moottorissa syöpöimpiä ovat sylintereissä liikkuvat männän renkaat. Metalli hankaa metallia vastaan. Niissä kitkahä­viöt ovat suurimmat, ja ajan myötä kuluminen vain lisää hävikkiä.

Voisiko asialle tehdä jotain? Kyllä vain. Uusilla tekniikoilla auton moottorin kitkahäviöitä voisi teoriassa pienentää jopa 60 prosenttia. Kun karsitaan joukosta taloudellisesti vähiten järkevät vaihtoehdot, käytännössä kitkaa voisi pienentää ainakin viidenneksellä nykyiseltä tasolta.

– Jos kitkahäviöt pienenevät 20 prosenttia, auton kokonaisenergiankulutus ja siten myös polttoaineenkulutus vähenee 18 prosenttia, laskee VTT:n tutkimusprofessori Kenneth Holmberg.

Holmberg on tutkinut kitkaa ja kulumista jo kolme vuosikymmentä. VTT:llä Espoossa sijaitsee Suomen ainoa kitkalaboratorio. Siellä tutkitaan myös kuluneita koneenosia sekä uusia pinnoitteita poranterille ja hammaslääkärin raaputtimille.

Energian lisäksi kitka kuluttaa koneenosia ja aiheuttaa näin seisokkeja tuotantolaitoksiin paperitehtaista ydinvoimaloihin. Hukka-ajat vasta kalliita ovatkin.

Kovettamisen tilalle pinnoitus

Kitkaa ja kulumista tutkiva tieteenala, tribologia, on ollut pitkään perinteinen insinööritiede, jossa on mietitty rasvoja ja laakereita. Tribologia tulee kreikan kielen sanasta tribein, joka tarkoittaa hankaamista.

Viidentoista viime vuoden aikana kitkantutkimus on kuitenkin syventynyt mikrotasolta nanotasolle, kun fyysikot ja kemistitkin ovat innostuneet aiheesta. Samaan aikaan tutkijoiden käyttöön on tullut aivan uudenlaisia työkaluja, kuten atomitason tarkastelun mahdollistava atomivoimamikroskooppi ja molekyylitason simulointi. Mallintaminen atomi- ja molekyylitasolla on nyt kitkantutkimuksen arkea.

Perinteisesti kulumista on estetty niin, että kappaleita on kovetettu lämpökäsittelyllä. Kitkan pienentäminen on hoidettu öljyvoitelulla. Uusia tapoja ovat erilaiset pinnoitteet.

– Kuvittele öljyä laivan teräskannella: hyvin liukasta. Uusilla pinnoitteilla siitä saataisiin 20 kertaa liukkaampaa, Holmberg kertoo.

Timantin kaltaisella lentoa

Erityisen lupaava pinnoite on niin sanottu timantin kaltainen hiili, diamond-like carbon. Kun öljyllä voidellun teräksen kitkakerroin on noin 0,1, dlc-pinnoitteella kerroin saadaan laboratorio-oloissa madalletuksi jopa 0,0001:een. Sellaista liukkautta on jo vaikea kuvitella.

– Siinä toinen pinta ikään kuin lentää toisen päällä, Holmberg kuvailee.

Pinnoitteet ovat alkaneet levitä myös kaupalliseen käyttöön. Timantin kaltaisessa hiilessä hiili esiintyy massamaisena yhdistelmänä timantin kiteisyyttä ja grafiitin levymäisyyttä. Sillä on monta hyvää timantin ominaisuutta, mutta sitä voi valmistaa 100–200 asteessa, kun timanttipinnoite vaatisi 600–700 astetta. Harva materiaali kestää jälkimmäistä pinnoituslämpöä, joka lisäksi ahmii energiaa.

Atomitason tutkimuksessa hiilen salaiseksi aseeksi on paljastunut vety. Timantin kaltaisen hiilen hiiliatomeissa on kahdella puolella tyhjä sidos, johon vetyatomi tarttuu helposti. Kun vastakkain asetetaan pinnat, joilla kummallakin on kerros vetyatomeja, ne hylkivät toisiaan. Vety hylkii vetyä. Tutkijat jatkavat yhä sen selvittämistä, mikä olisi ihanteellinen pinnoitteen paksuus ja vedyn osuus eri tilanteissa.

Kohti vedellä voitelua

Vesi vanhin voitehista, sanotaan. Koneinsinöörille vesi sen sijaan on ollut kauhistus, sillä se aiheuttaa koneen teräsosissa korroosiota. Koneenosat kestävät paremmin öljyistä voitelua.

Vesi on kuitenkin iänikuinen voiteluaine – ihmiskehossa. Eivät meidän nivelemme ole rasvattuja, siellä homman hoitavat vesi ja proteiinit. Esimeriksi lonkkanivelessä kitka on pienempää kun mitä parhailla teknisillä ratkaisuilla on saavutettu.

Lonkkanivelen kitkaa on tutkittu pitkään ja hartaasti lääketieteessä, koska ihmiset tuppaavat nykyään elämään pitempään kuin lonkkanivel kestää. Biomimetiikka eli luonnon matkiminen on levinnyt myös koneenosien kitkatutkimukseen. Jos jokin toimii ihmisessä, miksei se toimisi myös koneessa?

Pelkkä kitkan pienentäminen ei ole tutkimuksen ainoa motiivi. Tokihan haluaisimme päästä eroon kaikesta ylimääräisestä öljystä sekä ympäristölle haitallisista voiteluöljyjen lisäaineista, kuten fosforista, kloorista ja rikistä.

Liukastetta myös sienistä

Biovoitelua tutkivat esimerkiksi VTT:n kitkalaboratorio ja biotekniikan laboratorio. Niillä on kokonainen kirjasto erilaisia proteiineja, joiden tarttumisominaisuuksia ja paineenkestoa selvitetään nyt kitkasovelluksia varten.

Varsin oiviksi ovat osoittautuneet viljellyistä sienistä saatavat proteiinit. Ne eivät kaipaa öljyä mutta tarvitsevat vettä. Koneenosiin vesivoitelu sopii, kunhan osat pinnoitetaan.

– Biovoitelu on kärkitutkimusta, tulevaisuuden teknologiaa, Holmberg sanoo. – Olemme pystyneet osoittamaan sen toimivuuden mikro- ja nanotasolla ja päässeet erittäin pieniin kitkakertoimiin. Tästä eteenpäin meidän pitää vain saada skaalattua tutkimuksemme makrotasolle, jotta löydämme sopivimmat sovelluskohteet.

Kitkatutkimus on pitkään ollut varsin monitieteinen alue: sekoitus fysiikkaa, kemiaa, mekaniikkaa ja virtausoppia. Nyt kitkatutkijoiden täytyy siis osata biologiaakin.

Jännittävää on sekin, että kitkan perimmäinen syy on yhä mysteeri. Vielä nykyisinkään ei ole olemassa yleisesti hyväksyttyä atomitason selitystä ja teoriaa sille, mistä kitka oikeas­taan saa alkunsa.

TEKNIIKAN PÄIVÄT 2012

Tutkimusprofessori Kenneth Holmberg VTT:stä puhuu aiheesta Kitka ja pinnat, joilla voidaan säästää luonnonvaroja ja energiaa lauantaina 14.1. kello 16.30.

Professori Jukka Jurvelin Itä-Suomen yliopistosta puhuu aiheesta Nivelruston mekaniikasta oppia insinööreille lauantaina 14.1. kello 13.30. 

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25765
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1187
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.