Lukijalahjana Tiedettä huvipuistossa -liite.


Sisältö jatkuu mainoksen alla

 Julkaistu Tiede-lehden liitteenä numerossa 4/2005

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Miksi huvipuistossa on kivaa?


 


Taas on aika päästä säikähtämään ja tuntemaan huimausta ja vatsanväänteitä - ja nauttimaan siitä kaikesta. Mikä vetää väkeä huvipuistoon?

- Lapsella ja nuorella on voimakas tarve kasvaa ja kehittyä. Siksi halu voittaa itsensä on niin suuri, että se ajaa kokemuksiin, jotka ovat yhtä aikaa kiinnostavia ja pelottavia.

- Huvipuistossa saa mitellä itsensä kanssa hauskalla tavalla, jonka on itse valinnut. Iästä ja luonteesta riippuu, riittääkö voiton hurmaan karuselliajelu, vai onko mentävä kaikkein hurjimpaan laitteeseen.

- Sekin kehittää, että uskaltaa kieltäytyä epämieluisasta laitteesta. Näin oppii hallitsemaan omaa haluamistaan.

- Kun on selvinnyt koitoksesta, tuntee palkitsevaa iloa. Minä uskalsin! Olen isompi ja kokeneempi! Jokainen tietää itse voittonsa suuruuden, sitä ei ulkopuolinen pysty määrittelemään.

un minua ahdistaa.

- Kieputukset sinänsä tuottavat iloa ja kehittävät oman kehon hallintaa.

- Kirkuminen ja autoradalla törmäily hälventävät sosiaalisia pelkoja ja antavat mahdollisuuden ilmaista kielteisiäkin tunteita.

- Sosiaalisuus on olennainen osa elämyksiä. Kaverikin uskalsi, minunkin täytyy. Toivottavasti en oksenna tai huuda äitiä.

- Aikuinen voi verestää huvipuistossa lapsuudenmuistojaan ja ilahduttaa sisäistä lastaan. (HW)

Asiantuntijana lastenpsykiatrian professori Tuula Tamminen

Miten hattara tehdään?


 


Hattara on runsas ruokalusikallinen sokeria, jonka alkuperäinen kiderakenne on muokattu ohueksi, lasimaiseksi rihmastoksi. Huvipuistojen hattaroihin lisätään ripaus karamelliväriä juhlan kunniaksi.

Hattarakoneessa hattara näyttää muodostuvan tyhjästä, eikä ihme, sillä 98 prosenttia siitä on ilmaa. Koneessa sokeri kuumennetaan 165 asteeseen, jolloin se sulaa ja sen kiderakenne särkyy. Kun tällainen sula sokeri jäähtyy, se jähmettyy nopeasti lasimaiseksi massaksi. Sen on esimerkiksi moni piparkakkutalon liimaaja todennut. Myös monien kovien karamellien rasahtava rakenne syntyy, kun sokeri saatetaan lasimaiseen muotoon.

Hattarakoneessa jäähtyvä sula sokerimassa puserretaan pienten reikien läpi avoimeen kupuun, josta hiuksenohut hattararihmasto kääritään tikun tai paperikartion ympärille. Koska rihmat ovat niin ohuita, ne imevät ympäristöstä kosteutta hyvin nopeasti. Kosteassa säässä tämän huomaa esimerkiksi siitä, että hattaran pinta tummuu ja siihen muodostuu kuori. Suussa hattara hupenee vähiin, kun sokeri liukenee kielelle. Tämä kaksi prosenttia hattaran tilavuudesta riittää kuitenkin tuottamaan makean hetken.

Hattaramaisiin kuituihin törmää muuallakin. Esimerkiksi tietoliikenteessä käytettävien optisten kuitujen valmistus muistuttaa hattaran tekemistä: sula lasimassa puristetaan ohuiden suuttimien läpi hiuksenohuiksi lasirihmoiksi. Se ei tosin onnistuisi hattarakoneella, vaan tarvitaan huippumodernia tekniikkaa. (AH)

Millä voimalla vuoristoradan vaunut kulkevat?


 


Sähkövoimalla ylöspäin ja painovoimalla alaspäin. Vaununpohjassa on tarraimet, jotka kiinnittyvät liikkuvaan vaijeriin, kun juna lähtee laiturilta. Vaijeri vetää junan radan korkeimpaan kohtaan. Painovoima huolehtii sitten loppumatkasta.

maa energianlähdettä, ja siksi vuoristoradan jokaisen huipun pitää olla matalammalla kuin lähtökohdan. Koska energiaa ei synny tyhjästä, vaunut eivät pelkän painovoiman vaikutuksen alaisena voi nousta lähtökohtaansa ylemmäksi. Sen sijaan vastoin aika yleistä käsitystä huippukohtien ei tarvitse koko ajan alentua, vaan matalamman huipun jälkeen voi tulla hieman korkeampi. Vaunujen vauhti on tietenkin tämän korkeamman huipun kohdalla pienempi kuin sitä edeltävän matalamman huipun kohdalla.

Linnanmäellä vaunut vedetään 24 metriä lähtötasoa korkeammalle. Nopeimmillaan vaunut kiitävät ensimmäisen laskun jälkeen, noin 60 kilometriä tunnissa. Jos nousussa vaunuihin sitoutunut potentiaalienergia muuttuisi laskussa kokonaan liike-energiaksi, olisi mahdollista saavuttaa noin 80 kilometrin tuntinopeus. Tämän estävät paitsi kitkan ja ilmanvastuksen aiheuttamat liikehäviöt myös viimeisen vaunun perässä oleva jarrumies, joka osaltaan vastaa kyytiläisten turvallisuudesta. (TS)

Montako hevosvoimaa on törmäilyautoissa?


 


Kuten Roll’s Roycessa: riittävästi. Olennaisempi kysymys on, millaisia kiihtyvyyksiä ajajat joutuvat kokemaan vaunujen törmäillessä. Ne ovat aika pieniä, alle 1 g:n suuruusluokkaa, eli kiihtyvyys on pienempi kuin se, minkä maan vetovoima antaa putoavalle kappaleelle.

Kiihtyvyys tarkoittaa nopeuden muutosta aikayksikköä kohti. Tämä muutos jää pieneksi, koska nopeudet ovat varsin pieniä ja törmäyksen kestoajat taas joustavien puskureiden takia suhteellisen pitkiä. (TS)

Mikä estää, etteivät vuoristoradan vaunut törmää toisiinsa tai hyppää kiskoilta?


 


Turvallisuudesta huolehtiminen on huvipuistoissa ykkösasioita. Vaunuyksikön jarrumies jarruttaa, jos esimerkiksi törmäys uhkaa, mutta vaunut voidaan pysäyttää myös laiturilta. Nykyaikaisissa vaunuissa on lisäksi elektroninen valvonta, joka pysäyttää vaunut, jos ne joutuvat liian lähelle toisiaan.

Vauhtia valvoo jarrumies, mutta vaunut eivät pääse hyppäämään kiskoilta, vaikka mäen huipulla tai mutkassa olisi liikaa vauhtia. Hyppy on nimittäin estetty mekaanisesti. Esimerkiksi Linnanmäen vaunujen metallipyörissä on ulokkeet ja kiskojen yläpuolella on puinen pakka, joka estää vaunua nousemasta radan pinnasta. Joidenkin vuoristoratojen vaunuissa on samasta syystä varrelliset apupyörät, jotka ulottuvat kiskojen sivuille tai alle. (TS)

Missä oli maailman ensimmäinen huvipuisto? Milloin?


 


Huvipuistot ovat kehittyneet keskiaikaisista puistoista, joihin ihmisillä oli tapana kokoontua syömään, juomaan, pelaamaan pelejä ja muuten pitämään hauskaa. Suurin osa näistä lopetti toimintansa 1700-luvun poliittisesti epävakaissa oloissa, mutta yksi on pitänyt sitkeästi pintansa. Tanskassa Kööpenhaminan pohjoispuolella oleva huvipuisto Bakken mainostaa itseään maailman vanhimmaksi toimivaksi huvipuistoksi. Se on perustettu vuonna 1583.

Vanhimpia huvipuistojen laitteita on ollut vaikea jäljittää, mutta tiedetään jo ainakin 1600-luvulla olleen jonkinlaisia hevoskaruselleja, jotka mitä ilmeisimmin olivat saaneet esikuvansa hevoskilpailuista. Laitteet toimivat luonnollisesti lihasvoimalla, joko ihmisten tai eläinten. Vasta höyryvoiman ja sitä seuranneen sähkövoiman tulo 1800-luvulla mahdollisti massiivisten laitteiden rakentamisen. Jonkinlainen uuden huvipuistoajan alku oli Chicagon maailmannäyttely 1893, jossa oli useita ennennäkemättömiä mekaanisia laitteita. Yksi oli maailman-pyörä, josta sittemmin on vuoristoradan ohella tullut huvipuiston symboli. Suomen vanhin huvipuisto on Linnanmäki, joka perustettiin vuonna 1950. (TS)

Miksi koko ajan tulee uusia vempaimia mutta karuselleissa soi aina sama melodia kaikkialla maailmassa?


 


Huvipuistot edustavat toisaalta vanhaa traditiota, ja toisaalta ne joutuvat koko ajan kilpailemaan monien muiden vapaa-ajan kohteiden kanssa. Siksi huvipuiston on oltava kuin morsiamen mekko: "jotakin uutta, jotakin vanhaa, jotakin sinistä ja jotakin lainattua".

Perinteinen huvipuistotunnelma saadaan parhaiten aikaan hyödyntämällä niitä ihmisen aistielimiä, joita hän ei yleensä sulje, kuten korvia ja nenää. Tunnelma syntyykin helpoimmin karusellimusiikista ja hattaran ja popcornin tuoksuista. (TS)

Kuinka paljon energiaa huvipuistossa kuluu päivittäin?


 


Esimerkiksi Linnanmäen kaikkien laitteiden ollessa käytössä huvipuiston energiankulutus on noin 4 megawattia. Jos laitteet toimisivat - kuten huvipuistojen alkuaikoina - pääosin ihmisvoimalla, Linnanmäellä tarvittaisiin noin 20 000 raavaan miehen armeija. Melkoinen määrä, kun vierailijoita käy keskimäärin 10 000 päivässä.

Energiayhtiöt laskuttivat raitiovaunuyhtiöiltä kiinteän korvauksen riippumatta siitä, käyttivätkö ne kaiken tarjolla olevan energian. Sunnuntai oli liikenteen hiljainen päivä, mutta raitiovaunut keksivät ylimääräiselle energialle oivan kohteen juuri sunnuntaiksi: huvipuistot. (TS)

Voiko huvipuistolaitteissa tuntea painottomuutta?


 


Kyllä, sillä hetkellistä painottomuuden tunnetta voi kokea vapaassa putoamisessa. Huvipuistoissa pisimmän painottomuuselämyksen saa Raketin kaltaisissa laitteissa, joissa vapaa pudotus kestää muutamia sekunteja.


Painottomuuden tuntu kuulostaa auvoiselta olotilalta, mutta monet ihmiset kokevat vapaan putoamisen epämiellyttävänä. Se johtuu ainakin kahdesta seikasta. Fysiologiamme on tottunut siihen, että painovoiman vaikutus tuntuu kehon painona, ei kiihtyvänä liikkeenä. Toiseksi, näköhavainto putoamisesta ei tunnu mukavalta. Varsinkin kun tietää, mitä maahantulo hallitsemattomasti aiheuttaisi. Silmien kiinnipito pudotuksen aikana tietysti tuo apua tähän.

Jos pitää silmät kiinni vapaassa pudotuksessa, havaitsee, ettei enää tunne, mikä suunta on ylös ja mikä alas. Sisäkorvan tasapainoelin nimittäin tunnistaa nämä suunnat painovoiman vaikutuksen perusteella, ja tämä vaikutus katoaa, kun pudotaan maan vetovoiman aiheuttamalla eli 1 g:n kiihtyvyydellä. (TS)

Mikä on Raketin kiihtyvyys ja nopeus? Miksi käytetään paineilmaa moottorin sijasta?


 


Linnanmäen Raketti kiidättää 60 metrin korkeuteen 2,5 sekunnissa. Suurimmaksi kiihtyvyydeksi on mitattu 4,5 g:tä ja nopeudeksi 65 kilometriä tunnissa. Kiihtyvyyden huippuarvo on hyvin lyhytaikainen, ja suurin nopeus saavutetaan alle 0,5 sekuntia lähdöstä.

Kiihtyvyys on samaa luokkaa kuin Formula 1 -autoissa, mutta formulakuskien kaarteissa kokemat niin sanotut g-voimat (ks. s. 10) voivat olla huomattavasti suuremmat.

Raketissa käytetään voimanlähteenä paineilmaa, koska puristettuun ilmaan sitoutunut energia voidaan vapauttaa hyvin nopeasti. Näin saadaan aikaan haluttu suuri mutta lyhytaikainen kiihtyvyys. Puristuva ilma toimii myös tehokkaana ja pehmeänä jarruna alas-tulon aikana. (TS)

Miksi useimmista ihmisistä on luontevaa kiertää vastapäivään karuselleissa ja autoradoilla?


 


Suurin osa ihmisistä on paitsi oikeakätisiä myös oikeajalkaisia. Heidän on helpompi juosta tai luistella kaarteessa siten, että oikea jalka on ulkokaarteessa, ja siksi kiertosuunta vastapäivään tuntuu muutenkin luontevimmalta.

Huvipuistojen laitteet voivat kiertää eri suuntiin, mutta yleensä karusellit pyörivät vastapäivään. Englantilaiset karusellit kuitenkin pyörivät myötäpäivään. Syyksi kerrotaan sitä, että perinteistä kiinni pitävien englantilaisten mielestä hevosen selkään voi oikeaoppisesti nousta vain vasemmalta puolelta. Karusellissa tämä onnistuu, kun hevosten turpa osoittaa myötäpäivään. (TS)

Mikseivät huvipuistot ole auki talvisin?


 


Keravalla oli 1990-luvulla vanhassa teollisuusrakennuksessa ympäri vuoden toimiva huvipuisto, mutta se ei osoittautunut kannattavaksi. Huvipuistot mielletään kuuluviksi kesään ja kesälomakohteiksi. Tämän tradition murtaminen on varmasti vaikeaa hankien keskellä. (TS)

Mitä tarkoitetaan g-voimilla?


 


G-voima on käsite, jossa on mennyt hieman sekaisin voima ja sen aiheuttaman kiihtyvyyden yksi yksikkö: g on maan vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys (9,81 m/s2). Arkikielessä g-voimalla tarkoitetaan sitä voimaa, joka kiihdytyksessä tai jarrutuksessa kohdistuu liikkuvassa laitteessa olevaan ihmiseen. Jos g-voiman arvo on 1, sen aiheuttama kiihtyvyys on 1 g eli sama kuin vapaassa putoamisessa. (TS)

Miksi huvipuistoissa joutuu jonottamaan?


 


Jonojen synty on tilastollinen väistämättömyys paikoissa, jonne ihmisiä kerääntyy satunnaisesti saamaan jotain palvelua tai tavaraa. On kehitetty ihan oma matematiikan haaransakin, jonoteoria, jonka avulla voidaan optimoida jonojen pituutta ja jonottamisen aikaa.

Mitään palvelua ei kannata ylimitoittaa siten, ettei koskaan olisi jonoja, koska satunnaisuuden takia silloin tulisi liian paljon tilanteita, jolloin palvelulle ei olisi lainkaan kysyntää. Esimerkiksi jos huvipuistossa olisi niin paljon vessoja, ettei kenenkään tarvitsisi koskaan jonottaa, alueelle ei juuri muita rakennelmia enää mahtuisikaan. Mahtaisiko "Vessalandia" olla kovin suosittu käyntikohde?

Toisaalta ei vessoja saa olla niin vähänkään, että ihmiset hermostuvat jonoissa ja lähtevät pois. Tässä onkin pelkistettynä jonoteorian keskeinen ongelma: miten optimoida tilanne sekä asiakkaiden että palvelun tarjoajien kannalta.

Jonoihin liittyy myös psykologisia ulottuvuuksia. Paikassa, jonne ei ole jonoa, ei voi olla kivaa. Palvelun tai tavaran tarjoajan pitää ainakin luoda se illuusio, että kysyntä on suurempaa kuin tarjonta. Eräs kiinnostuksen tunnusmerkeistä on jono.

Sen sijaan monille tuttu tunne siitä, että viereinen jono liikkuu aina nopeammin, on fysikaalinen mahdottomuus. Kaksi jonoa eivät kumpikin voi liikkua nopeammin kuin toinen. Havainnon selittänee vanha psykologinen viisaus: odottavan aika on pitkä. (TS)

Toimisiko huvipuisto avaruuden painottomuudessa?


 


Esimerkiksi vuoristorata ja monet muut laitteet on suunniteltu toimimaan painovoiman avulla, joten ne eivät toimisi halutulla tavalla. Muutenkaan huvipuiston perustaminen avaruuteen ei kuulosta kovin hyvältä idealta. Eihän siellä voisi edes kuulla huvipuistoihin niin olennaisesti kuuluvaa musiikkia ja ihmisten kirkumista, koska ääni ei etene tyhjiössä.

Muitakin yllättäviä ongelmia esiintyisi. Esimerkiksi popcornit eivät säilyisi ehjinä, koska jyvän sisällä olevan paineen ja avaruuden tyhjiön välinen paine-ero possauttaisi jyvät muusiksi. Samasta syystä limonadipullo kuohuisi avattaessa yli, eikä kaataminen lasiin onnistuisi painottomassa tilassa, vaan juoma kelluisi epämääräisenä pallona ympäriinsä.

Todellisen painottomuuden saavuttamiseksi pitäisi mennä hyvin etäälle maapallosta. Esimerkiksi 300 kilometrin korkeudella maan kiertoradallapainosi olisi vain 10 % pienempi kuin maan-pinnalla. Painottomuuden tuntu johtuu siitä, että maata kiertävä putoaa koko ajan maata kohti - maan pinta vain kiertyy alta pois. (TS)

Miksi maha muljahtelee ja päässä pyörii?


 


Jos sisäkorvan tasapainoaistimet saavat huvipuistolaitteessa ylimäärin ärsytystä ja jos tasapainolle ei saa vakaan horisontin näkemisestäkään tukea, seurauksena voi olla huimausta ja pahoinvointia. Erityisen rankkaa on voimakkaasti kaartava ja samaan aikaan kiihtyvä tai hidastuva liike. Eikä ihme: ihmisen tasapainoaisti kehittyi evoluutiossa kävelijän, ei kieputuslaitteiden käyttäjän tarpeisiin.

Myös mahan muljahtelu voi aiheuttaa kuvotuksen tunnetta. Muljahtelu johtuu siitä, että kiihdytyksissä ja äkillisissä suunnanmuutoksissa vatsaontelon elimet pyrkivät jatkamaan matkaansa entiseen suuntaan, vaikka laite vie kehoa jo uuteen. Tässä toimii siis massan hitauden periaate (ks. s. 14) Erityisesti kouraisee aallonharjan jälkeen, eli kun nouseva liike äkisti vaihtuu laskeutuvaksi. Silloin mahalaukku, suolet ja maksa jatkavat nousuaan.

Muljahtelua voi halutessaan hieman vaimentaa. Vatsaontelo on nimittäin umpipussi, jonka painetta voi nostaa. Jos tuntuu, että maha nousee liiaksi kurkkuun, hengitä aallonharjalla sisään, jolloin pallea painaa vatsaonteloa ylhäältä. Samalla ala jännittää vatsalihaksia.

Erityisen tehokkaasti vatsaontelon painetta lisää poikittaisten vatsalihasten ja lantionpohjan lihasten jännittäminen. Näitä lihaksia oppii aktivoimaan mielikuvaharjoittelulla. Poikittaisten vatsalihasten jännitystä saat aikaan yskäisemällä tai kuvittelemalla vetäväsi jalkaasi hyvin tiukkoja housuja. Lantionpohjan lihakset aktivoituvat, kun kuvittelet nostavasi jalkojesi välistä hissiä vatsasi sisään. (PR)

Miten vääristävät peilit toimivat?


 


Huvipuistojen perinteisiin kohteisiin kuuluvia peilisaleja on Suomessa tätä nykyä Särkänniemessä ja
Tykkimäessä. Hupipeilit ovat yksinkertaisesti erilaisten kuperien ja koverien peilien yhdistelmiä. Niiden heijastusperiaate selviää alla olevasta kuvasta. Jokainen voi kokeilla pienimuotoista peilisalielämystä kotonaankin katsomalla kuvaansa kiiltävän lusikan kuperalta ja koveralta pinnalta. (TS)

Jyllääkö pyörittimissä keskipakovoima?


 


Pyörimisen ja kaartamisen yhteydessä puhutaan usein keskipakovoimasta. Ajatellaan, että keskipakovoimalla linko kuivattaa pyykin ja että liukkaalla kelillä keskipakovoima suistaa auton kaarteessa ojaan. Harmillista keskipakovoimassa on se, että sitä ei ole olemassa.

Otetaan esimerkiksi huvipuistoissa yleinen pystyyn nouseva Round-Up-karuselli. Sen huimassa kieputuksessa ihminen tuntee suorastaan liimautuvansa seinämään kiinni, ja siinä hän pysyy putoamatta, vaikka karuselli kääntyy pystyyn. Mikä muu voisi kumota painovoiman kuin keskipakovoima?

Voiman tuntu on todellinen mutta tuntemuksen tulkinta väärä. Laitteessa pyöriessään ihmisellä on tunne, että jokin voima puristaa häntä seinämää vasten. Todellisuudessa voiman suunta on päinvastainen: karusellin seinämä työntää ihmistä kohti laitteen keskikohtaa. Jos seinä äkkiä poistettaisiin, matkustaja sinkoutuisi karusellista. Hän ei kuitenkaan lentäisi pyörimissäteen suuntaan eli suoraan ulospäin, vaan hänen liikkeensä pyrkisi jatkumaan irtoamishetken suuntaan. Esimerkiksi laitteen ylimmästä kohdasta liike jatkuisi vaakasuorana ilmalentona.

Miten ihmeessä yläasennossa sitten pysyy putoamatta, vaikka sekä painovoiman veto että seinämän työntö kohdistuvat samaan suuntaan - suoraan alaspäin - eikä pelastavaa keskipakovoimaa ole olemassakaan?


Selitys on liikkeen nopeudessa ja kappaleen massan hitaudessa. Kun pyöriminen on riittävän nopeaa, laitteessa olija ei "ehdi" pudota ollessaan yläpuolisella kierroksella.

Massan hitaus tarkoittaa nimittäin sitä, että ihmisen tai minkä tahansa kappaleen liike pyrkii jatkumaan jo aloitettuun liikesuuntaan eikä "halua" poiketa siitä.

Mitä suurempi pystykaruselli on, sitä lujempaa sen pitää pyöriä, jotteivät kyytiläiset putoaisi yläasennossa alas. Jos karusellin halkaisija on esimerkiksi 8 metriä, kierrokseen saa kulua enintään 4 sekuntia. Tällöin kehällä on vauhtia noin 22 kilometriä tunnissa. Jos halkaisija kaksinkertaistuu, kierrosajan täytyy puoliintua ja kehänopeuden kasvaa peräti nelinkertaiseksi eli noin 90 kilometriin tunnissa. Siksi tällaiset laitteet eivät voi olla kovin suuria. Pyörijöiden pää ja laitteen rakenteet joutuisivat turhan kovalle koetukselle. (TS)

Kirjoittajat:


Timo Suvanto, fysiikan opettaja, tietokirjoittaja


Petri Riikonen, biologi, Tiede-lehden toimitussihteeri


Heljä Walamies, Tiede-lehden toimittaja


Anu Hopia, elintarvikekemian dosentti


 


Ulkoasu: Minna Ruusinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla