Sinisenä hohtava kuutio on kohta televisiosta tuttu. Tässä sen salat.





Olympialaisten järjestäjät antoivat tehtävän: Rakentakaa Beijingiin olympiatason vesiurheilukeskus, johon mahtuu viisi allasta ja istuimet 17 000 katsojalle. Rakennuksen pitää kestää maanjäristyksiä ja olla energiatehokas ja ekologinen.

Onnistuu, vastasivat insinöörit ja arkkitehdit. Pitää ottaa mallia saippuavaahdosta.

Lopputulos, lempinimeltään vesikuutio, muistuttaa laatikkoa, joka on rakennettu saippuakuplista.


Tehtiin tuhansista kuplista

Kuution seinät ja katto koostuvat 22 000 tyynystä tai -kuplasta, jotka asennettiin kevyeen teräsputkikehikkoon. Kuplapintaa kuutiossa on yhteensä noin 100 000 neliömetriä.

Tyynyjen ja kuplien materiaalina on etfe-polymeeri. Siitä tehty kalvo ympäröi myös tukikehikkoa sekä ulko- että sisäpuolelta ja suojaa teräsrakenteita kosteuden aiheuttamalta korroosiolta.

Tyynyihin puhalletaan tietokoneen ohjaamilla suuttimilla pieni ylipaine, jolloin saadaan luja rakenne. Tyyny kannattaa auton painon, vaikka etfe-kalvo on vain 0,2 millimetriä paksu. Kalvon sininen sävytys saa rakennuksen näyttämään todella vesikuutiolta.

Katto ja seinät vangitsevat noin 90 prosenttia auringon energiasta. Ilmaa voidaan tarpeen mukaan puhaltaa tyynyjen läpi, jolloin rakennus toimii talvella lämpövarastona ja kesällä jäähdyttimenä.

Ilma jäähdytetään vain alimmassa kerroksessa, jossa liikkuu ihmisiä. Ilmamassan kerrostaminen pudottaa ilmastointienergian tarpeen kymmenesosaan tavanomaisesta.


Joustaa, jos järisee

Maanjäristystä rakennus kestää hyvin, koska tyynyt ja teräskehikko joustavat. Ne toimivat kuin suuri iskunvaimennin.

Materiaalin valmistaja, kansainvälinen Vector foiltec -yhtiö on testannut myös hurrikaaninkestävyyttä ampumalla parrunpätkiä päin tyynyjä. Puukappaleet upposivat tyynyyn mutta eivät menneet seinän läpi.

Pienet naarmut ja viat pystytään korjaamaan paikkaamalla. Kun rakennus joskus puretaan, kalvo voidaan sulattaa ja käyttää uudelleen.

Kalvon voi kyllä puhkaista terävällä veitsellä. Siksi etfeä käytetään seinissä tavallisesti vasta kolmen metrin korkeudesta ylöspäin. Muutenkaan se ei vielä ole omakotirakentajan materiaali, vaan yleistyy ensin urheilupalatseissa ja muissa julkisissa rakennuksissa.


Kupla minimoi pinnan

Huippu-uudenaikaisen vesiurheilukeskuksen geometriassa ja mekaniikassa on sovellettu jo 1800-luvulla alkaneita saippuakuplatutkimuksia. Kuplat kiinnostavat matemaatikkoja, fyysikoita ja insinöörejä, koska ne osaavat minimoinnin.

Saippuakalvo hakee pienimmän mahdollisen pinnan annettujen pisteiden tai viivojen välillä. Saippuakupla on pallomainen, koska pallopinta on pienin pinta verrattuna sulkemaansa tilavuuteen. Mutta mikä on pienin pinta, kun kuplia on monta? Millainen on saippuavaahdon optimaalinen geometria?

Ensimmäisen vastauksen antoi 1887 skotlantilainen fyysikko William Thomson, jonka jälkimaailma tuntee parhaiten lordi Kelvinin nimellä (ks. s. 50-54). Kelvin jakoi tilan 14-tahokkaisiin, joiden seinät koostuivat kuudesta neliöstä ja kahdeksasta kuusikulmiosta.




Ekologia kisalajina Beijingissä


- Stadion saa osan sähköstään auringosta.
- Valaistuksesta kisapaikkojen ympärillä 80-90 prosenttia hoidetaan aurinkosähköllä.
- Olympiakylän tarvitsemasta vedestä lämmitetään 90 prosenttia aurinkoenergialla.
- Noin 20 prosenttia olympialaisten sähkön tarpeesta aiotaan tyydyttää tuuli-voimalla.
- Maa-, ilma- ja vesilämpöpumppuja hyödynnetään sähkön kulutuksen pienentämiseksi.
- Stadionilla on sadeveden keruujärjestelmä.
- Uutta tekniikkaa on myös jätteiden käsittelyssä. Yksi ratkaisuista on alipaineputkisto, jonka suomalainen Puzair toimittaa olympialaisten kongressikeskukseen. Putkisto kuljettaa puolitoista tonnia biojätettä päivässä.
- Suurin ympäristöongelma on ilman saastuneisuus. Saasteita vähennetään esimerkiksi vaihtamalla hiiltä kaasuun. Voimalaitosten uusimiseen on osallistunut suomalainen poltinvalmistaja Oilon, joka on toimittanut Beijingiin kaasupolttimia.







Etfe kehitettiin avaruuskäyttöön

Kun tiedetään, mikä on optimaalinen rakenne, tarvitaan vielä sopiva rakennemateriaali. Sitä haettaessa tulivat apuun kemistit.

DuPontin kemisti Roy J. Plankett löysi 1938 kiinnostavan orgaanisten kemikaalien ryhmän, fluoropolymeerit. Hän onnistui puolivahingossa valmistamaan tetrafluoroeteeniä, jossa on kaksi hiili- ja neljä fluoriatomia. Siitä saadaan ketjuttamalla polytetrafluoroeteeniä eli ptfe:tä, jonka tunnemme parhaiten kauppanimellä Teflon.

Etfe eli eteenitetrafluoroeteeni puolestaan on yhdistelmämateriaali, joka koostuu tetrafluoroeteenistä ja eteenistä. Eteeni, jossa on yksi hiiliatomi ja kaksi vetyatomia, on yksi orgaanisen kemian perusmateriaaleista.

Etfe kehitettiin 1970-luvulla, ja sitä käytettiin alun perin eristeenä avaruus- ja ilmailuteollisuudessa. Etfeä myydään muun muassa kauppanimillä Texlon, Tefzel ja Fluon.


Ihmepolymeeri yleistyy

Saksalainen koneinsinööri Stefan Lehnert, joka on myös innokas purjehtija, pohti, voisiko etfe-kalvosta tehdä purjeita. Purjeita ei tullut, mutta rupesi tulemaan kattoja ja seiniä. Etfe-kalvo kestää aurinkoa ja sateita, hylkii likaa ja on kevyttä ja lujaa.

Lehnert perusti yrityksen valmistamaan etfeä rakennuskäyttöön. Ensimmäinen kohde oli eläintarhan katto Hollannissa. Viime vuosina etfellä on katettu monenlaisia rakennuksia, esimerkiksi Allianssi-jalkapallostadion Münchenissä. Siitä on tehty myös Englannin Cornwallissa sijaitsevat suuret Eden-kasvihuoneet, joissa esitellään maapallon erilaisia biotooppeja.

Vuosisadan ihmepolymeeriksi nimetyn aineen odotetaan murtautuvan markkinoille lopullisesti nyt, kun Beijingin vesikuutio tuo sille julkisuutta. Etfeä on myös stadionin, Linnunpesän, katossa.

Jos Beijing on näytön paikka etfelle, niin saippuakuplatieteelle se ei silti ole olympilaisdebyytti. Saksalaisarkkitehti Frei Otto otti kuplista taannoin mallin Münchenin olympiastadionin kattoon. Makrokuplista on nyt tultu tuhansiin pienempiin.


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

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 
Viestejä25796
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.