Autoilijan tai moottoriveneilijän ei tavallisesti tarvitse ajatella moottorin säätöjä eikä sylinterin kaasuvirtoja. Entä jos purjekin tekisi säädöt itse? Suomalaisyritys pyrkii tähän.



Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2009


Purjehtija trimmaa eli virittää purjeita tuulen ja aaltojen mukaan, mikä vaatii kokemusta ja taitoa. Maakrapukin voi sentään ymmärtää purjeen toimintaperiaatteen, joka on yksinkertainen ja havainnollistaa kauniisti Newtonin lakeja.

Purje pakottaa tuulen eli ilmavirtauksen kaartamaan. Newtonin ensimmäisestä laista seuraa, että virtaavaan ilmamassaan vaikuttaa silloin jokin voima; muuten ilma liikkuisi suoraan.

Vaikuttava voima suuntautuu purjeen tuulenpuoleiselle, kovertuvalle puolelle. Samalla vaikuttaa - Newtonin kolmannen lain mukaan - myös toinen, vastakkaissuuntainen voima. Tämä reaktiovoima kohdistuu purjeeseen ja vie venettä eteenpäin.


Ilmavirtaus oikuttelee

Todellisuudessa purjeen virittäminen ihanteelliseksi on mutkikas tehtävä, koska ilma käyttäytyy oikukkaasti. Virtauksessa on kitkaa, ja siinä voi olla pyörteitä.

Siksi purjehtijoita kiinnostavat ilmavir¬tausten ominaisuudet. Niiden seuraamiseksi he kiinnittävät purjeisiin erityisiä virtauslankoja, joiden asento kertoo ilman liikkeistä.

Virtauslangoilla on kuitenkin rajoituksensa. Ne viestivät pääasiassa virtausten suunasta, vähemmän esimerkiksi voimasta. Lisäksi kokonaiskuva jää vajavaiseksi, koska lankoja tietenkin kiinnitetään vain sellaisiin paikkoihin, joihin purjehtijat näkevät. Sateella langat voivat liimautua purjeeseen, ja pimeällä niitä on vaikea erottaa lainkaan.


Älypurje syntyi Suomessa

Tarkkuutta ja mukavuutta voi lisätä automaatiolla. Jo vuonna 1992 suomalainen purjeneulomo WB-Sails rakensi yhteistyössä VTT:n kanssa purjeen, johon oli kiinnitetty venymäliuska-antureita. Liuskoista oli vedetty johdot purjeen reunaan ja sieltä kannelle, koska langatonta tekniikkaa ei vielä silloin ollut käytettävissä.

Purje, joka yhtiön mukaan luultavasti oli maailman ensimmäinen älypurje, palveli lähinnä suunnittelijoita purjemateriaalien valinnassa.

Nyt yhtiö kehittää uutta älypurjetta Tekesin tuella ja yhteistyössä VTT:n sekä Metropolia-ammattikorkeakoulun ja sen Sensor Center -yksikön kanssa.

Purjeeseen kiinnitetään langattomia paineantureita, halkaisijaltaan noin kuusimillimetrisiä nappeja. Niiden sisällä on mems-tekniikkaa eli mikrosähkömekaniikkaa, joka muuttaa painevoiman sähköiseksi signaaliksi. Napit muodostavat sensoriverkon, joka kokoaa langattomasti painetiedot purjeen eri pisteistä ja lähettää ne veneen mittaripaneeliin. Samalla mitataan purjeen muoto. Tietokone yhdistää mittaustulokset ja laskee purjeeseen kohdistuvan voiman.

Mittausten pitää olla tarkkoja, koska paine-erot ovat pieniä. Ilmanpaine merenpinnan tasolla on noin satatuhatta pascalia eli vanhan, arkielämässä yhä käytettävän yksikön mukaan yksi ilmakehä. Paine purjeen eri puolilla eroaa kymmenenkin sekuntimetrin tuulessa vain noin 150 pascalia. Korkeus merenpinnasta vaikuttaa hitusen: paine kasvaa noin 13 pascalia metriä kohti.


Ilman paristoja ja johtoja

Tarkkuuden lisäksi anturilta vaaditaan monia muitakin ominaisuuksia. Niistä yksi on kyky hankkia mittaukseen tarvittava energia ympäristöstä. Laitteiden on toimittava ilman paristoja ja johtoja.

Kehitteillä on antureita, jotka toimivat auringolla tai lepattavan purjeen mekaanisella energialla. Pietsosähköiset energiasiepparit tuottavat sähköä taivutettaessa ja venytettäessä. Ehkä tulevaisuudessa energiasieppareina on venyviä nanoputkia, jotka kudotaan suoraan purjekankaaseen.

Tulevaisuudessa elektroniikka tekee paljon muutakin kuin mittaa painetta. Kankaaseen upotetut ledivalot varoittavat, jos purje lepattaa vaarallisesti. On ideoitu myös antureita, jotka vaihtavat väriään purjeen kiristyessä ja löystyessä. Elektroniikka voi kerätä tietoja purjeen kunnostakin.

Jonkin aikaa älypurjeita saadaan kuitenkin odottaa.

- Homma on vielä alkuvaiheessaan; suunnitelmat ovat valmiita, mutta käytännössä matkaan tulee varmasti vielä mutkia, varoittaa WB-Sailsin toimitusjohtaja, purjeiden kehittäjä ja purjehtija Mikko Brummer.


Purjesuunnittelu oma tieteensä

Täsmällisten tieteellisten ja matemaattisten menetelmien soveltamisessa purjeiden suunnittelu kulkee toistaiseksi itse purjehduksen edellä. Purjeiden toimintaa tutkitaan tuulitunnelissa ja simuloidaan tietokoneella.

Kaasu- ja nestevirtauksia kuvasivat tarkasti jo 1800-luvulla ranskalainen insinööri Claude-Louis Navier ja irlantilainen fyysikko Georg Stokes. He laativat differentiaaliyhtälöt, jotka kertovat, miten virtausnopeuden muutos riippuu paineesta ja kitkasta. Navier-Stokesin yhtälöiden ratkaiseminen käsin oli kuitenkin mahdottoman työlästä.

Tietokoneiden laskentavoiman ansiosta vanhoja matemaattisia menetelmiä pystytään nykyisin hyödyntämään täysimääräisesti, ja siksi aerodynaaminen simulaatio on mullistunut täysin.

- Monet vanhat uskomukset ovat osoittautuneet paikkansapitämättömiksi, kertoo Brummer. - Virtauksista purjeiden ympärillä löytyy koko ajan uusia piirteitä

Esimerkiksi mastoa pidettiin ennen lähinnä häiritsevänä jarruna, mutta nykytiedon mukaan se voikin toisinaan toimia ikään kuin isopurjeen osana.


Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Vanhoista purjeista tölkkitykkejä


Nykyaikaiset purjekankaat valmistetaan yhdistelemällä useita materiaaleja, jotka yleensä ovat erilaisia polymeerejä. Näin saadaan purjeeseen mahdollisimman hyvä ominaisuuksien yhdistelmä, mutta haittana on usein huono kierrätettävyys. Yhdistelmämateriaaleja on vaikea purkaa osiinsa.

Yksi ratkaisu ongelmaan on tehdä käytetyistä purjeista uusiotuotteita. Näin hyötykäyttöaikaa ennen kaatopaikalle kuljettamista voi jatkaa.

Uusiomateriaaleista valmistettuun muotiin keskittynyt suomalaisyritys Globe Hope tekee purjeista kasseja, laukkuja, pullokasseja, penaaleja, kukkaroita ja muuta hyödyllistä. Yksi tuotteista on kuuden tölkin putkilo tai tölkkitykki, joissa voi kuljettaa piknikjuomia tai miksei muutakin, vaikka piirustuksia.
www.globehope.com

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 
Viestejä25798
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 
Viestejä1189
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.