Mitä tahansa kokoatkin, autoa, huonekaluja tai urheiluhallia, tarvitset ruuvia. Ruuvi kiinnittää lujasti ja avautuu tarvittaessa helposti. Antiikista juontuva keksintö on siirtynyt sujuvasti niin avaruusaikaan kuin nanokauteenkin.


Ruuvi kiinnittää lujasti ja avautuu tarvittaessa helposti. Antiikista juontuva
keksintö on siirtynyt sujuvasti niin avaruusaikaan kuin nanokauteenkin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Ruuvi ansaitsee serenadin jo helppokäyttöisyytensä vuoksi. Jokainen autoilija osaa vaihtaa pyörän sekä lisätä öljyä, pesunestettä ja jäähdytysnestettä. Yhteistä helpoille huoltotöille on ruuvimuoto: se esiintyy pyörän pulteissa, tunkissa ja korkeissa.

Kotona ruuvi on yhtä kätevä. Kierrekorkillinen pullo, jonka kaula toimii ruuvina ja korkki mutterina, on hyvä esimerkki. Jos pulloa pitää avata ja sulkea monta kertaa, kierrekorkin voittanutta ei ole.


Pärjäät vähemmällä voimalla

Yhdysvaltalainen kulttuurihistorioitsija Witold Rybczynski kertoo kirjassaan Vähän kireämmälle (Terra Cognita 2002), miten New York Times pyysi häntä kirjoittamaan millenniumnumeroonsa artikkelin kuluneen vuosituhannen parhaasta työkalusta. Pohdittuaan pitkään hän päätyi ruuvitalttaan.

Jos ruuvitaltta on paras työkalu, niin ruuvi on vuosituhannen koneenosa numero yksi. Pelkästään liitosruuveja valmistetaan joka vuosi miljardeittain, enemmän kuin yhtäkään muuta kone-elintä.

Ruuvin menestys perustuu yhteen mekaniikan peruslaeista: voitat voimassa, kun uhraat matkassa.

Ruuvi on kalteva taso, joka kiertää sylinterin tai kartion ympäri. Jos ruuvikierre vedetään suoraksi, saadaan pitkä ja loiva luiska, jota myöten kuormaa voidaan siirtää pienellä voimalla. "Liikkuva luiska" eli pyörivä ruuvi puolestaan synnyttää suuren voiman ja tunkeutuu helposti esimerkiksi puun sisään.


Kartioruuvi vasta keskiajalla

Pultille, jossa on vähintään kaksi osaa eli ruuvi ja mutteri, löytyy esikuvia jo antiikin ajoilta. 200-luvulla ennen ajanlaskun alkua Arkhimedes kehitti sylinterinmuotoisen ruuvin, joka siirsi "mutteria" eli vettä. Roomalaisten viini- ja oliivipuristimet muistuttivat jo ulkonaisestikin pulttia.

Sen sijaan kaikkein yksinkertaisin, terävän kartion muotoinen mutteriton ruuvi keksittiin ilmeisesti verraten myöhään.

Paneuduttuaan vanhoihin kirjoihin ja kierreltyään vuosikaudet museoissa tutkimassa vanhoja työkaluja, aseita ja haarniskoja Rybczynski jäljitti kartioruuvin 1400-luvun lopulle, kuvaan saksalaisen Wolfeggin linnan "talokirjassa". Se on toistaiseksi vanhin tunnettu lähde, jossa ruuvi on kuvattu.




Ruuvi keventää kuormaa


Ruuvin periaattetta voi havainnollistaa yksinkertaisella mallilla. Tee paperista "loiva" suorakulmainen kolmio ja kierrä se talouspaperirullan hylsyn ympärille.

Avaamalla sitten paperia ja piirtämällä viivaa kolmion hypotenuusaa myöten saat ruuviviivan, ruuvin luiskan. Siihen pätevät samat fysiikan säännöt kuin kaltevaan tasoon. Taakka on kevyempi työntää ylös tasoa myöten kuin nostaa suoraan.

Jos kalteva taso eli kolmion hypotenuusa on kaksi kertaa niin pitkä kuin nousu (eli nousukulman vastakkainen sivu), tarvitaan vain puolet suoran noston vaatimasta voimasta. Pitkässä kierteessä nousukulma on pieni, jolloin voimassa säästetään mutta matkassa hävitään vastaavasti.




Henry MaudslayJoseph Whitworth


Löysät pois pulteista

Ruuvi kukoistaa, mutta ruuvaaminen voi olla mutkikkaampaa puuhaa kuin luulisi.

- Pulttiliitosten luotettavuus ja turvallisuus on usein kiinni työkulttuurista, sanoo VTT:n erikoistutkija Markku Kortesmaa, jonka erikoisalaa ovat rakennusten kantavat rakenteet.

- Olemme esimerkiksi joskus löytäneet paikan, jossa on kolme pulttia, mutta kahdessa mutteri on niin löysällä, että todellisuudessa kuormaa kantaa vain yksi pultti. Rakenteen kantavuus on siis vain kolmannes tarkoitetusta, Kortesmaa kuvaa ongelmia.

Vastuuntuntoa kysytään asentajalta, joka keikkuvalta nostolavalta kiinnittää pulteilla liikunta- tai teollisuushallin pilareita ja palkkeja. Toisaalta paraskaan ammattitaito ei riitä, kun olot muuttuvat tarpeeksi vaikeiksi. Silloin pitää taas kerran parantaa tekniikkaa.


Avaruuteen oma pultti

Avaruusasemia pultataan kasaan periaatteessa samalla tavalla kuin maanpäällisiä rakennuksia, mutta asentajan on käytettävä avaruuspukua, eikä käsineitä voi riisua mutterin näpräämistä varten. Myös aikaa on usein vähän. Avaruusteknikot ovatkin keksineet pultteja, jotka eivät maassa ole tulleet mieleenkään.

Vuoden 1989 sukkulalentoa varten kehitettiin pultti, jossa mutteri voidaan yksinkertaisesti iskeä ruuvin päähän. Naaraskierre mutterin sisässä on irrallinen holkki, joka on vielä jaettu kahteen puolikkaaseen. Kun mutteri työnnetään ruuvin päälle, holkinpuolikkaat  liukuvat "myötäkarvaan" kierteiden yli. Irti mutteria ei saa vetämällä, koska silloin holkit toimivat vastakarvaan eli kiilautuvat entistä tiukemmin paikoilleen. Liitos on avattava vanhaan tapaan kiertämällä.

Myöhemmin liitintä, jonka kauppanimi on ZipNut, on käytetty Hubble-teleskoopissa ja Kansainvälisessä avaruusasemassa. Maassa sillä on käyttöä esimerkiksi ydinvoimaloiden liittimisssä, vedenalaisessa tekniikassa sekä vesi- ja kaasuputkistoissa.


Nanoruuvi siirtää molekyylejä

Jos ruuvi oli viime vuosituhannen paras koneenosa, mitä meidän vuosituhantemme mahtaa tuoda?

Vilkaisu rautakaupan hyllyyn kertoo, että ruuvi tuskin katoaa lähitulevaisuudessa. Ehkä vähitellen opitaan ratkaisemaan kaikki mekaaniset tehtävät atomien ja molekyylien tasolla, mutta silloin vastaan voi hyvinkin tulla uusia ruuveja.

Molekyylivirologian professori Peixuan Guo yhdysvaltalaisesta Purduen yliopistosta on työtovereineen havainnut, että phi29-niminen virus osaa käyttää rna-mutteria oman dna:nsa kuljettamiseen. Kuusi rna-juostetta toimii pultin kuusiomutterina, joka pyöriessään puskee ruuvin eli dna-juosteen bakteerin sisään. Näin virus ottaa solun haltuunsa.

Tutkijat ovat rakentaneet synteettisestä rna:sta samanlaisen mutterin. He toivovat, että tällaisen nanokuljettimen avulla voidaan joskus esimerkiksi viedä lääkettä syöpäkudokseen.

Vanhat ideat toistuvat nanotasolla: Arkhimedes kuljetti ruuvilla vettä, nykytutkijat siirtävät molekyylejä. Nanotekniikassakin on aloitettu pultista ruuveineen ja muttereineen. On kiinnostavaa nähdä, kauanko kestää, että ideoidaan nanokoon kartioruuvi.


Kalevi Rantanen on tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Animaatioita ZipNut-ruuvista: www.zipnut.com/intro/how_it_works/.

Sisältö jatkuu mainoksen alla