Kuvitteleeko joku tosissaan, että James Bond olisi selvinnyt tähän asti hengissä ilman fysiikan tuntemusta, kysyvät saksalaistutkijat, jotka ovat paneutuneet agentin maailmaan. 007:n temput ovat täyttä fysiikkaa, mitä nyt joskus lipsahtaa pientä liioittelua mausteeksi.
 

Teksti: Eeva Mäkelä

Kuvitteleeko joku tosissaan, että James Bond olisi selvinnyt tähän asti hengissä ilman fysiikan tuntemusta, kysyvät saksalaistutkijat, jotka ovat paneutuneet agentin maailmaan. 007:n temput ovat täyttä fysiikkaa, mitä nyt joskus lipsahtaa pientä liioittelua mausteeksi.

Julkaistu Tiede -lehdessä 6/2010.Ravistettuna, ei sekoitettuna

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Aina tilatessaan votkamartiniaan James Bond opastaa baarimikkoa: – Shaken, not stirred. Miksi hän tahtoo juomansa näin?Kun juoma ravistetaan jäiden kanssa, se jäähtyy tehokkaasti. Bond siis pitää viileästä mutta ei lasissä kilisevistä jäistä?Ravistelun puolesta puhuu myös 1999 kanadalaisessa Länsi-Ontarion yliopistossa tehty tutkimus, joka julkaistiin British Medical Journalissa. Tutkijat totesivat, että ravistellun drinkin antioksidatiivinen eli hapettumista estävä vaikutus oli tehokkaampi kuin sekoitetun; se siis voisi paremmin suojata vanhenemista edistäviltä vapailta radikaaleilta.Saksalaisfyysikkoja Metin Tolania ja Joachim Stolzea nämä perustelut eivät vakuuta. Viilennysvaikutus on liian ilmeinen, ja heidän mielestään nautinnonhaluinen agentti on kaukana terveysfanaatikosta. He löytävät sopivan hienostuneen ratkaisun molekyylitasolta. Votkamartini on suhteellisen pienten alkoholimolekyylien ja suurempien rengasrakenteisten aromaattisten yhdisteiden seos. Rakenteeltaan sitä voi verrata esimerkiksi mysliin, jossa on pieniä kaurahiutaleita ja suuria pähkinöitä. Kun mysliä ravistelee suljetussa astiassa riittävän kauan, suuret ja raskaat pähkinät päätyvät pinnalle, mikä tuntuu kummalta. Tällä parapähkinäilmiöllä on kuitenkin järkeenkäypä selitys. Ravisteltaessa pienet hiutaleet solahtavat täyttämään pähkinöiden alla olevia rakoja. Samalla mysli pakkaantuu tiiviimmäksi, eivätkä kerran alas painuneet hiutaleet enää pääse nousemaan koloistaan. Suuret pähkinät työntyvät kohti pintaa.Bondin martinissa ravistelu rikastaa pähkinöitä vastaavat suuret makumolekyylit pinnalle. Jos juoma sekoitettaisiin mikserillä, ne jakautuisivat tasaisesti.Kun Bond siemaisee martiniaan, hän saa ensihörpyllä maksimaalisesti makua. Hyvä pointti kiireiselle agentille, joka ei koskaan ehdi tyhjentää lasiaan!

Sisältö jatkuu mainoksen alla

James Bondin votkamartini0,5 cl kuivaa vermuttia (alkuperäisreseptissä Kina Lilletiä)1 cl votkaa3 cl giniäRavista jääkylmäksi ja tarjoile suuren sitruunankuorisuikaleen kanssa.

Kun tie kapenee, jatketaan kahdella pyörällä

Elokuvassa Timantit ovat ikuisia James Bond joutuu poliisin takaa-ajamana umpiperään, josta johtaa eteenpäin ainoastaan kapea kuja. Bond ei tästä hätkähdä. Agentti kallistaa auton ajamalla toisen puolen renkaat ylös lastauslaiturin luiskaa pitkin – ja jatkaa sen jälkeen matkaa kahdella pyörällä. Perässä tulevat poliisit yrittävät samaa, mutta heidän autonsa kellistyy katolleen. Kuinka temppu tehdään, ja mikä poliiseilta meni vikaan?Kyljellään kahdella renkaalla seisova auto pysyy tasapainossa vain, jos sen tukipiste kadulla osuu tismalleen painopisteen alapuolelle. Tällöin alaspäin suuntautuvasta painovoimasta ei aiheudu vääntövaikutusta. Tasapainotila on horjuva – auto seisoo yhtä vakaasti kuin lyijykynä terällään. Tasapainon säilyttämiseksi tarvitaankin toinenkin, painovoiman vääntöä kumoava voima. Bondin oma paino ei millään riitä tasapainottamaan auton valtavaa painoa. Hän käyttääkin oivaltavasti hyväkseen sivusuunnassa vaikuttavaa keskeisvoimaa. Koska keskeisvoima vaikuttaa vain mutkissa, Bond säätelee sen vaikutusta rattia kääntämällä.Jättäessään lastauslaiturin 007 ohjaa oikeanpuoleisilla pyörillä keikkuvaa autoa tiukasti vasemmalle, jolloin keskeisvoima vetää autoa oikealle ja edistää pystyssä pysymistä. Bondia seuraava poliisi tekee samoin, mutta koska poliisiauton painopiste on ylempänä kuin Bondin urheiluauton, keskeisvoima kasvaa liian suureksi ja auto kiepsahtaa katolleen.Mutkan jyrkkyyden lisäksi keskeisvoimaan vaikuttaa ajonopeus. Liian hitaassa vauhdissa jyrkätkään ohjausliikkeet eivät riitä korjaamaan tasapainoa. Liian nopeassa vauhdissa taas pieninkin vastaohjaus suistaa auton tasapainosta.Rautaisannoksen fysiikkaa opiskellut ja päässälaskutaidoltaan pettämätön 007 osaa ajaa oikeaa nopeutta, noin 30 kilometriä tunnissa. Ohjausliikkeillä tasapainotellen auto pysyy tällöin kahdella pyörällä niin kauan kuin se on liikkeessä.Kun vauhti pysähtyy, keskeisvoiman vaikutus lakkaa ja tasapaino särkyy.  Samoin käy pyöräilijälle. Pyörä pysyy tasapainossa vain niin kauan kuin polkee.

Agentin aurinkolaseilla näkee sisään

007 ja kuoleman katse -elokuvassa James Bond tahtoo nähdä huoneeseen, johon häneltä on evätty pääsy. Kirkas kesäaurinko paistaa, ja voimakkaat heijastukset häiritsevät. Pitääkö tiedustelutehtävissä liikkuvan agentin litistää nenänsä ikkunaruutuun?Ei tietenkään. Hän panee silmilleen tavallisilta aurinkolaseilta näyttävät polarisaatiolasit, asettuu vinottain ikkunaan nähden ja kääntää linssejä. Nyt hän pystyy esteettömästi tarkkailemaan huoneen tapahtumia.Mitä tapahtui? Voiko heijastuksen noin vain kääntää pois? Mikä on lasien salaisuus?Valo on poikittaista aaltoliikettä, joka normaalisti värähtelee kaikissa kohtisuorissa tasoissa etenemissuuntaansa nähden; se on siis ikään kuin pulloharja. Polarisaattorilla valosta voidaan suodattaa vain tiettyyn suuntaan värähtelevä osuus. Polarisaattori on kuin kalteriovi, josta solahtavat läpi ainoastaan kaltereiden suunnassa värähtelevät aallot. Heijastuminenkin saa aikaan polaroitumista, ja juuri tähän perustuu polarisaatiolasien teho. Tavalliset polaroivat aurinkolasit on valmistettu siten, että ne suodattavat tehokkaasti vaakasuorilta pinnoilta, esimerkiksi tien tai veden pinnasta, heijastuvaa valoa. Britannian salaisen palvelun valmistamat lasit ovat mukautuvammat: niillä saa suodatettua pois minkäsuuntaisen valon  tahansa, kun vain kääntää sopivasti polarisaattoria.Heijastuneen valon polarisaatioaste riippuu kuitenkin siitä, missä kulmassa tirkistelijän katse osuu ikkunalasiin; täydellisimmillään se on kulman ollessa 50–60 astetta. Bond asettuukin selvästi yli 45 asteen kulmaan ikkunaruutuun nähden ja kääntää sitten lasiensa suodattimen sopivaan asentoon niin, ettei hänen silmiinsä pääsee yhtään ikkunasta heijastunutta valoa.

Laukaus lentokoneessa

Elokuvassa 007 ja Kultasormi lennetään Newfounflandin yllä, kun Bond-tyttö Pussy Galore osoittaa Bondia vatsaan revolverilla. Bond varoittaa, että lähietäisyydeltä ammuttu luoti lävistäisi hänen lisäkseen lentokoneen rungon, joilloin matkustamon paine karkaisi ja syntyvä ilmavirta imaisisi heidät molemmat ulos koneesta. Pussy pistää pyssyn pois. Myöhemmin Bond joutuu käsirysyyn elokuvan konnan Auric Goldfingerin kanssa. Taistelun tiimellyksessä Goldfingerin ase laukeaa. Luoti pirstoo lentokoneen ikkunan, ja mies imeytyy sen kautta ulos.Kävisikö näin todellisuudessa? Lentokoneiden matkakorkeudessa 10 000 metrissä ilmanpaine on ihmisille liian pieni. Matkustamo on paineistettu niin, että sen ilmanpaine on sama kuin 2 000 metrin korkeudessa. Tämä on noin kolminkertainen verrattuna koneen ulkopuolella vallitsevaan paineeseen. Koska kaasujen paine-erot pyrkivät tasoittumaan, rikkoutuneesta ikkunasta alkaisi suihkuta ilmaa ulos.Fysiikka sanelee, että virtauksen nopeus on kääntäen verrannollinen sen poikkipinta-alaan. Siis mitä pienempi reikä, sitä kovempi imu. Ikkunan kohdalla virtausnopeus on noin 330 metriä sekunnissa. Tällainen puhuri imaisee ikkunapenkissä istuvan mukaansa, jos reikä vain on riittävän suuri. Auric Goldfinger seisoo kuitenkin kauempana matkustamossa, missä virtauksen poikkipinta-ala on seitsenkymmenkertainen ja virtaus hidastunut 4,7 metriin sekunnissa. Viri saisi boforiasteikolla arvon 3 – kohtalainen tuuli, joka liikuttaa puiden lehviä ja saa liput suoristumaan mutta ei vie riskiä miestä mennessään.Vakavassa vuototilanteessa suurin vaara on paineen rajun laskun aiheuttama happivaje. Tarvitaan happinaamareita, ja kapteenin pitää heti pudottaa lentokorkeutta.Entä luodinreikä? Bond on oikeassa siinä, että Pussy Galoren pitelemän .45-kaliiperisen Smith&Wesson 25-2:n piipusta ampaiseva luoti lävistäisi niin agentin vatsan kuin lentokoneen alumiinikyljen. Mutta hänen puheensa reiän vaikutuksista ovat liioiteltuja. Nykylentokoneissa on jo muutenkin säädeltyä vuotoa– ilmastointiventtiilejä. Yksi lisäreikä kyljessä saisi fyysikoiden mukaan vain venttiilit säätymään pienemmälle. Bond bluffaa pelastaakseen nahkansa.

Mahtuuko rannekelloon supermagneetti?

Filmin Elä ja anna toisten kuolla alussa James Bond näyttää esimiehelleen rannekelloaan. Kun Bond painaa nappia, lusikka lähtee liikkeelle M:n lautaselta runsaan metrin päästä ja lennähtää kiinni kelloon.Bondin kellossa on siis sähkömagneetti. Napin painallus kytkee virran, ja kello magnetoituu. Jokainen voi tehdä sähkömagneetin kietomalla rautanaulan ympärille johdinta ja kytkemällä sen paristoon. Siinä ei ole mitään kummaa, mutta kellon vetovoimassa on.Magneettinen vetovoima heikkenee hyvin nopeasti etäisyyden kasvaessa. Magneetti, joka jaksaa nostaa teelusikan sentin päästä, saa kymmenen sentin päästä liikkeelle enää yhden mikrogramman painoisen esineen.Magneettikentän voimakkuuteen vaikuttavat myös johtimessa kulkeva virta, käämin kierrosluku ja poikkipinta-ala sekä käämin sydämen materiaali.Jos vain yksinkertaisesti kiinnitetään kellon alle kieppi kuparilankaa, M:n lusikan painovoiman voittamiseksi tarvitaan 4,5 miljardin ampeerin sähkövirta. Vertailun vuoksi: sähköveturi vaatii noin 300 ampeerin virran, ja salama saattaa hetkellisesti tuottaa yhden miljoonan ampeerin virran.Suuri virran voimakkuus tuottaa paristopulmia. 4,5 miljardin ampeerin virtaa vaativa kello imisi tavallisen patterin tyhjiin miljoonasosasekunnissa.  Sähkövirta myös kuumentaa. Vaikka virtavaatimus saataisiin kutistettua 9 000 ampeeriin vaihtamalla magneetti rautasydämiseen käämiin, jonka ympärille on kiedottu sata kierrosta ohutta kuparilankaa, nappia painettaessa kello kuumenisi 40 miljoonaan asteeseen, ja 007 hajoaisi atomeiksi. Vaihdetaan rautasydän magneettikenttää vielä tuhat kertaa tehokkaammin vahvistavaan amorfiseen metalliin, kasvatetaan kellotaulun halkaisija kahdesta kolmeen senttiin ja kieputetaan käämin ympärille 1 800 kierrosta erityisen ohutta, 0,01 millimetrin kuparilankaa. Nyt riittää viiden ampeerin virta, eikä kello kuumene enää kuin 250 asteeseen. Tämä tuskin  huippuagenttia hätkähdyttää.Lusikalla leikittyään 007 palaa toimiston kaappiin kätkemänsä naisen syleilyyn ja sipaisee kellollaan tämän leningin vetoketjun auki.

Professorit paneutuivat Bondiin

Dortmundin teknisen korkeakoulun kokeellisen fysiikan professori Metin Tolan on luennoinut jo 15 vuotta 007:n seikkailuista. Hän on yhdessä kollegansa Joachim Stolzen ja 41:n kesäseminaarin opiskelijan kanssa koonnut kirjan, jossa paneudutaan Bond-elokuvien temppuihin, Q:n verstaan kehittämiin apuvälineisiin ja agentin vihollisten metkuihin.Tutkijat vakuuttavat Bond-elokuvien temppujen olevan täyttä fysiikkaa. Joskus 007 kenties ylittää inhimillisen suoritus- ja kestokyvyn rajat, ja silloin tällöin elokuviin on eksynyt epätarkkuuksia ja silkkaa puppuakin.Esimerkiksi elokuvassa Kuuraketti katsojalle uskotellaan Bondin altistuvan 13 g:n kiihtyvyydelle, vaikka hän kuvasta päätellen kokee vain 1,5-kertaisen painovoiman. Kun maailma ei riitä -elokuvassa 007 näkee ”röntgenlaseilla” kasinon pelaajat alusvaatteisillaan.Tämän jutun Bond-temppujen fysikaaliset selostukset perustuvat Metin Tolanin ja Joachim Stolzin kirjaan Geschüttelt nicht gerührt (2008 Piper Verlag GmbH).

Eeva Mäkelä on filosofian tohtori, vapaa tiedetoimittaja ja kääntäjä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla