Julkaistu Tiede-lehdessä 2/2013

Yksinkertainen kysymys kiusaa fyysikoita.

Miksi jää on liukasta luistimien alla? Luulisi, että fyysikot olisivat löytäneet tähän talviklassikkoon vastauksen jo ajat sitten, mutta ei. Pitkään kyllä luultiin, että ilmiö olisi selittynyt peruskoulufysiikalla.

Moniin oppikirjoihin päätyneen vanhan selityksen mukaan paine luistimen alla laskisi jään sulamispistettä ja jään pinnalle syntyvä ohut vesikerros toimisi liukasteena. Koska sulavesikerros on tämän paineteorian mukaan hyvin ohut, se jäätyy pian uudestaan eikä ole paljain silmin nähtävissä.

Teoria on periaatteessa järkevä. Se kaatuu vasta, kun sitä koetellaan todellisilla luvuilla. Normaalipainoisen luistelijan tavanomaisten luistimien paineen alla jään sulamispiste nimittän laskee vain asteen sadasosia. Jää on liukasta myös kenkien alla, vaikka paine jää silloin tietysti vielä paljon pienemmäksi.

Jäällä aina nestettä?

Yhdysvaltalainen kemian emeritusprofessori Robert Rosenberg vertaili vuonna 2005 Physics Today -lehdessä kahta vaihtoehtoista teoriaa.

Kitkateorian mukaan kitka jään ja luistimen tai kengänpohjan välissä sulattaa jään pintakerroksen aivan kuten paineteoriassakin.

Toisen vaihtoehdon, nesteteorian, mukaan jään pinta on luonnostaan liukas. Ajatuksena on, että jään pinnan vesimolekyylit värähtelevät enemmän, koska niiden päällä ei ole toisia vesimolekyylejä pitämässä niitä paikallaan. Nämä molekyylit pysyvät siksi nesteenä kovassakin pakkasessa.

Nesteteoriaa tuki jo vuonna 1996 tehty koe, jossa yhdysvaltalaistutkija Gabor Somorjai pommitti jään pintaa elektroneilla. Ne kimposivat takaisin tavalla, joka muistutti nestettä. Myöhemmin saksalaistutkijat toistivat kokeen heliumatomeilla. Ne vahvistivat käsitystä, että jäällä on luonnostaan ohut nestepinta.

Toisaalta vuonna 2002 Somorjain kollega Miquel Salmeron ja hänen työryhmänsä tekivät kokeen atomivoimamikroskoopilla. He raaputtivat jään pintaa mikroskoopin pienellä ja terävällä kärjellä ja huomasivat, että jäällä oli erittäin suuri kitka. Se ei ollut alkuunkaan liukasta. Miten tämän kaiken selittäisi?

Kitkalämpö sulattaa

Jään kitkaa tutkineen diplomi-insinööri Maria Tikanmäen mukaan ohut nestettä muistuttava pinta on olemassa, kun jää on lämpimämpää kuin –15 astetta. Se ei selitä liikekitkahavaintoja mutta voi vaikuttaa lepokitkan suuruuteen.

– Jäätutkijat ovat käsittääkseni kohtalaisen yksimielisiä siitä, että kitkan aiheuttama lämmitys on oleellinen tekijä jään liukkaudessa, sanoo Tikanmäki, joka on VTT:ssä perehtynyt jäähän kitkatutkija Lasse Makkosen kanssa. – Yksityiskohdista on kuitenkin erilaisia näkemyksiä.

Tikanmäen mukaan paineteoriakaan ei ole täysin väärä. Luistimen tai kengän ja jään todellinen kontaktipinta on nimittäin paljon pienempi kuin koko terä tai pohja, mikä kasvattaa painetta.

– Uuden teoriamme mukaan paine­sulamista voi esiintyä, kun lämpötila on

–2–0 astetta. Jää on kuitenkin liukasta myös tätä kylmemmässä.

Perusajatus Makkosen ja Tikanmäen teoriassa on, että jään ja esimerkiksi luistimen välissä syntyy kitkalämmitystä, joka sulattaa kontaktipintaan vesikerroksen, kun jää on riittävän lähellä sulamispistettä. Tällöin kitkavoima syntyy vesikerroksen viskoosista vastuksesta.

– Riittävän kylmässä ja hitailla no­peuk­silla jään kitka muuttuu kuivaksi, kun kitkan lämmittävä vaikutus ei riitä sulattamaan jäätä, Tikanmäki kertoo. Tällöin jään kitka muistuttaa tavallisen kiinteän aineen kitkaa ja mallintuu Lasse Makkosen kehittämällä kuivan kitkan teorialla (ks. Kitka sai vihdoin selityksen, Tiede 10/2012 tai tiede.fi/arkisto)

Vastaaja:


Marko Hamilo


Tiedetoimittaja

Rapeus jää haaveeksi, jos pannu on kylmä ja rasva tavallista voita.

Maailmassa ei ole niin hyvää kokkia, ettei ensimmäinen yritys olisi aina riekaleinen valkea möykky. Toinen lettukokin kummajainen on se, että ensimmäisen puolen paistopinnalla on aina erilainen kuvio kuin toisen. Tieteellistä syytä kumpaankaan ilmiöön ei tarkkaan tiedetä.

Yleensä paistaja on malttamaton ensimmäistä lettua odottaessaan ja annostelee siksi taikinaa liian kylmälle pannulle. Parempaan tulokseen pääsee, jos antaa pannun kuumentua perusteellisesti. Lisäksi rasvan pitää antaa ruskistua.

Letuista saa rapeita ja kullankeltaisia, kun paistaa ne kuumalla pannulla kirkastetussa voissa. Silloin vesi haihtuu nopeasti paistoksen pinnalta. Rapeus jää helposti syntymättä, mikäli käyttää tavallista voita tai muuta vesipitoista rasvaa. Tällöin lettutaikina vain kiehuu vedessä.

Kirkastettu voi valmistetaan poistamalla voista heraproteiini ja vesi. Jäljelle jää voiöljy, joka kestää palamatta erittäin korkeita paistolämpötiloja.

Vastaajana Anu Hopia,

elintarvikekehityksen tutkimusprofessori, Turun yliopisto.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018

Molemmat ovat oman kielikuntamme perintöä, eivät lainaa länsinaapurista.

Suomen minä-pronomini ei ole lainaa ruotsista, vaan se kuuluu uralilaisen kielikunnan ikivanhaan perintösanastoon. Sille löytyy etymologisia vastineita itämerensuomesta samojedikieliin asti, joten se on ollut suomessa ja sitä edeltäneissä kielimuodoissa jo tuhansien vuosien ajan, kauan ennen kosketuksia ruotsiin.

Äänneasultaan samantapaisia ensimmäiseen persoonaan viittaavia pronomineja on myös muissa kielikunnissa. Indoeurooppalaisten kielten lisäksi niitä löytyy esimerkiksi mongoli- ja tunguusikielistä, eskimo-aleuttilaisista kielistä, eräistä tunnetuista muinaiskielistä, kuten etruskista ja sumerista, sekä monista paleosiperialaisista kielistä, jotka eivät tiettävästi ole sukua toisilleen.

Tätä pronominien yhtäläisyyttä ovat jotkut tutkijat pitäneet todisteena kielikuntien välisestä alkusukulaisuudesta, mutta vaikka ensimmäisen persoonan pronomini kuuluu kielen parhaiten säilyviin aineksiin, kielitieteellisesti perusteltuja sukulaisuusteorioita ei voi rakentaa pelkästään yksittäisten pronominien varaan.

Itse-sanalla on erikoinen historia. Sekin kuuluu ikivanhaan suomalais-ugrilaiseen perintösanastoon, mutta se ei ole alkuaan ollut pronomini vaan substantiivi, joka on tarkoittanut varjoa tai ihmisen varjosielua. Ihminen näkee varjossa oman kuvansa, siis itsensä, ja sukukielten sanavastineista päätellen myös ihmisen sielun eli hänen henkisen minänsä on aikoinaan uskottu heijastuvan hänen varjossaan.

Vastaajana Kaisa Häkkinen,

suomen kielen emeritaprofessori, Turun yliopisto.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018