Colin Furzen magneettikengät: näin sähkömagneetit kantoivat kävelijän kattoon

Magneettikengät ovat vilahtaneet lukemattomissa elokuvissa, sarjakuvissa ja videopeleissä: niiden avulla sankari kävelee teräskaton alapinnassa putoamatta, aivan kuin painovoimaa ei olisi olemassakaan. Brittiläinen keksijä ja YouTube-tähti Colin Furze halusi selvittää, onnistuuko tempun toteuttaminen myös oikeassa elämässä. Hän rakensi itselleen parin voimakkailla sähkömagneeteilla varustettuja kenkiä ja käveli niillä työpajansa teräskatossa – ihan todellisuudessa, ei tietokoneella taikomalla. Tässä artikkelissa käymme läpi, kuka Furze on, mistä kengät koostuvat, miten sähkömagneetti oikeastaan toimii ja miksi ylösalaisin käveleminen on käytännössä paljon vaikeampaa kuin miltä se videolla näyttää.

Kuka on Colin Furze?

Colin Furze (s. 1979) on brittiläinen keksijä, insinööri ja sisällöntuottaja Stamfordin kaupungista Lincolnshirestä. Hän jätti koulun 16-vuotiaana ja kouluttautui putkimieheksi, mutta into rakennella omia vempaimia vei lopulta voiton. Furze aloitti videoiden julkaisemisen YouTubessa vuonna 2006, ja vuosien mittaan hänen kanavastaan kasvoi yksi maailman tunnetuimmista tee-se-itse-insinööritavaran osoitteista – tilaajia on yli kymmenen miljoonaa.

Furzen käsialaa ovat näyttävät ja usein hieman hulvattomat rakennelmat, jotka kuitenkin oikeasti toimivat: maailman nopein mopo, suihkumoottorilla varustettu polkupyörä, salainen maanalainen bunkkeri sekä lukuisat liekinheittimet. Yhteistä projekteille on, että ne syntyvät autotallissa käsityönä ja yhdistävät mekaniikkaa, sähköä ja ripauksen uhkarohkeutta. Magneettikengät istuvat tähän sarjaan täydellisesti.

X-Men innoitti kolmen viikon rakenteluputken

Magneettikengät eivät syntyneet tyhjästä. Toukokuussa 2014, samoihin aikoihin kun elokuva X-Men: Tulevaisuuden taistelu (X-Men: Days of Future Past) sai ensi-iltansa, Furze julkaisi kolmen viikon mittaisen X-Men-aiheisen videosarjan. Sarjassa hän rakensi kolme elokuvahahmoilta lainattua supervoimaa oikeasti toimivaksi:

• Wolverinen kynnet – paineilmalla ulos sinkähtävät teräskynnet.
• Magneton magneettikengät – sähkömagneeteilla varustetut jalkineet, joilla kävellään teräskatossa.
• Pyron liekinheittimet – ranteeseen kiinnitettävät tulta syläisevät laitteet.

On hyvä huomata, että kyseessä olivat Furzen omat harrasteprojektit, jotka elokuva innoitti – ei elokuvayhtiön tilaama mainoskampanja, vaikka ajoitus osuikin ensi-illan kanssa yksiin. Magneton kenkiin keskittyvä video, jossa Furze kävelee ylösalaisin, julkaistiin 22. toukokuuta 2014, ja se keräsi nopeasti yli 1,4 miljoonaa katselukertaa.

Mistä magneettikengät on tehty?

Furzen ensimmäinen yritys epäonnistui: hän yritti upottaa valmiita sähkömagneetteja vanhojen lenkkareiden pohjiin, mutta ne olivat aivan liian heikkoja kannattelemaan aikuisen miehen painoa. Ratkaisu löytyi rompetavarasta. Furze haki paikalliselta romuttamolta kasan käytöstä poistettuja mikroaaltouuneja ja irrotti niistä muuntajat.

Mikroaaltouunin muuntaja on raskas, rautasydämiminen komponentti, jonka ympärille on kieritetty paksua kuparilankaa. Kun käämin läpi johdetaan sähkövirta, syntyy voimakas magneettikenttä – toisin sanoen muuntajasta tulee tehokas sähkömagneetti. Nämä magneetit olivat riittävän vahvoja kannattelemaan Furzen koko painoa, joten hän kiinnitti ne teräslevyjen avulla kenkien pohjiin. Idea on sama kuin monessa muussakin nerokkaassa kierrätysprojektissa, kuten romuosista rakennetussa robotissa: arvokkaat komponentit löytyvät ilmaiseksi hylätystä elektroniikasta.

Furze itse myönsi valinneensa ilmaiset mikroaaltouunin osat siitä syystä, ettei halunnut maksaa valmiista teollisuusmagneeteista. Kumpaankin kenkään liittyi johto ja katkaisin, jolla magneetin pito voitiin kytkeä hetkeksi pois päältä – vain näin askelten ottaminen oli ylipäänsä mahdollista. Lisäksi käsillä pideltävät narut auttoivat tukemaan jalkaa sillä hetkellä, kun magneetti oli kytketty pois päältä eikä kenkä enää tarttunut kattoon. Tempusta uutisoi aikanaan muun muassa teknologiasivusto TechSpot.

Näin sähkömagneetti toimii – ja miksi se oli välttämätön

Sähkömagneetti on magneetti, jonka magneettikenttä syntyy sähkövirrasta. Kun kuparilankaa kieritetään kelaksi ja langan läpi johdetaan virtaa, kelan ympärille muodostuu magneettikenttä. Kun kelan sisään lisätään rautasydän, kenttä voimistuu moninkertaiseksi. Magneetin voimakkuus riippuu läpi kulkevan virran suuruudesta ja kelan kierrosten määrästä. Sama perusilmiö saa pyörimään esimerkiksi maailman yksinkertaisimman sähkömoottorin, ja sitä pääsee kokeilemaan myös rakentamalla sähkömoottorin paristosta, magneetista ja kuparilangasta.

Juuri kytkettävyys on magneettikenkien kannalta ratkaisevaa. Tavallinen kestomagneetti – esimerkiksi jääkaappimagneetti tai neodyymimagneetti – on aina päällä: sitä ei voi sammuttaa. Jos kenkään laitettaisiin niin vahva kestomagneetti, että se kantaisi ihmisen painon, jalkaa ei saisi irti katosta lainkaan. Sähkömagneetti sen sijaan voidaan kytkeä päälle ja pois nappia painamalla, jolloin toinen jalka pysyy kiinni ja toista voi siirtää. Ilman tätä ominaisuutta käveleminen olisi fysikaalisesti mahdotonta.

Miksi katossa käveleminen on niin vaikeaa?

Videolla kävely näyttää leikiltä, mutta todellisuudessa se vaatii useiden ongelmien ratkaisemista samanaikaisesti:

• Alustan on oltava ferromagneettista terästä. Magneetti tarttuu vain rautapitoisiin metalleihin. Betoni-, puu- tai alumiinikatto ei käy lainkaan, joten temppu onnistuu ainoastaan teräspalkkien tai -levyjen alla.
• Magneetin on kannateltava koko kehon paino. Yhden jalan varassa roikkuminen tarkoittaa, että yksi magneetti joutuu pitämään kiinni kymmeniä kiloja – pitovoiman on oltava huomattava.
• Jokainen askel on riski. Askel otetaan katkaisemalla virta toisesta kengästä. Juuri sillä hetkellä kyseinen jalka ei pidä enää mistään kiinni, ja koko paino siirtyy toiselle magneetille. Ajoituksen on oltava tarkka.
• Tasapaino ja verenkierto. Ylösalaisin roikkuminen on raskasta: veri valuu päähän, ja kehon hallinta on tavallista hankalampaa.

Furze ratkaisi putoamisvaaran käsin pideltävillä naruilla, jotka kannattelivat kenkää magneetin ollessa pois päältä. Lopputulos ei siis ole mitenään mukava tai käytännöllinen tapa liikkua – kyse on ennen kaikkea hauskasta insinöörikokeilusta, joka osoittaa fysiikan periaatteen toimivaksi.

Varoitus: mikroaaltouunin muuntaja voi olla hengenvaarallinen

Vaikka Furzen video on viihdyttävä, käytettyjen mikroaaltouunien purkaminen on todella vaarallista eikä sitä pidä kokeilla ilman asiantuntemusta. Syitä on useita:

• Suurjännitekondensaattori säilyttää tappavan varauksen. Mikroaaltouunin kondensaattori voi pysyä hengenvaarallisesti varattuna vielä pitkään sen jälkeen, kun laite on irrotettu pistorasiasta – joissain tapauksissa jopa kuukausia, jos purkausvastus on viallinen.
• Jännitteet ovat valtavia. Muuntaja nostaa verkkojännitteen noin 2000 volttiin, ja jännitettä kaksinkertaistava kytkentä voi nostaa sen vielä korkeammalle. Tällainen jännite voi hypätä ilmaraon yli, joten pelkästään muovikahvainen ruuvimeisseli ei suojaa.
• Magnetroni sisältää myrkyllisiä aineita. Mikroaaltoja tuottavan magnetronin eristäjät voivat sisältää berylliumoksidia, jonka pöly on myrkyllistä hengitettyä.

Jos sähkömagnetismi kiinnostaa, turvallisia tapoja tutustua aiheeseen ovat edellä mainitut pienjännitteiset moottori- ja kelakokeilut paristolla. Mikroaaltouunin sisäosiin ei pidä koskea ilman koulutusta ja oikeaa purkausmenettelyä.

Toimisiko idea oikeassa elämässä? Magnetismin todelliset sovellukset

Ihmisen kannatteleva magneettikenkä jää käytännössä kuriositeetiksi: se vaatii teräspinnan, raskaan virtalähteen ja johdon, eikä liikkuminen ole sujuvaa. Itse sähkömagneetti on kuitenkin yksi tekniikan hyödyllisimmistä keksinnöistä. Kytkettävää magnetismia hyödynnetään esimerkiksi:

• Romuttamoiden ja satamien nostomagneeteissa, jotka poimivat tonnikaupalla terästä ja päästävät sen irti virran katketessa.
• Magneettijunissa (maglev), jotka leijuvat ja liikkuvat magneettikenttien varassa.
• Magneettikuvauslaitteissa (MRI), kaiuttimissa, sähkömoottoreissa ja ovien magneettilukoissa.
• Seinää kiipeävissä tarkastusroboteissa, jotka liikkuvat magneettien avulla teräsrakenteiden tai laivanrunkojen pinnalla – juuri sellaiseen käyttöön, johon ihmisen magneettikengät eivät sovellu.

Furzen kengät ovat siis ennen kaikkea näyttävä tapa havainnollistaa tuttua fysiikkaa. Samalla ne jatkavat pitkää perinnettä nokkelista rakennelmista; lisää vastaavia löytää esimerkiksi suomalaisten keksintöjen parista.

Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

Kuka rakensi magneettikengät, joilla voi kävellä katossa?

Kengät rakensi brittiläinen keksijä ja YouTube-tähti Colin Furze toukokuussa 2014 osana X-Men-aiheista videosarjaansa. Hän sai idean elokuvasta ja Magneto-hahmosta.

Mistä materiaaleista kengät on tehty?

Furze irrotti romutetuista mikroaaltouuneista muuntajat ja käytti niitä voimakkaina sähkömagneetteina. Magneetit kiinnitettiin teräslevyjen avulla kengänpohjiin, ja kumpaankin kenkään lisättiin katkaisin magnetismin sammuttamiseksi.

Voiko magneettikengillä oikeasti kävellä katossa?

Kyllä, mutta vain ferromagneettisen teräskaton alla ja epämukavasti. Jokainen askel vaatii toisen magneetin sammuttamista, ja putoamista vastaan tarvitaan tukinarut. Kyse on kokeilusta, ei käytännöllisestä liikkumistavasta.

Mitä eroa on kestomagneetilla ja sähkömagneetilla?

Kestomagneetti on aina magneettinen, eikä sitä voi kytkeä pois päältä. Sähkömagneetti synnyttää kenttänsä sähkövirrasta, joten sen voi kytkeä päälle ja pois ja säätää voimakkuutta. Juuri tämä teki kävelyn mahdolliseksi.

Onko käytetyn mikroaaltouunin purkaminen vaarallista?

On, ja hyvin. Uunin suurjännitekondensaattori voi säilyttää hengenvaarallisen varauksen pitkään virran katkaisun jälkeen, ja magnetroni voi sisältää myrkyllistä berylliumoksidia. Purkamista ei pidä yrittää ilman asiantuntemusta.