4. Paine
Paine
Paine
Oletko koskaan miettinyt, miten terävä veitsi eroaa tylsästä veitsestä? Miksi terävällä veitsellä on helpompi leikata asioita kuin tylsällä? Miksi tylsällä veitsellä leikatessa pitää käyttää enemmän voimaa?
Terävän veitsen terä on ohuempi kuin kuin tylsän veitsen, jolloin terävän veitsin voima kohdistuu pienemmälle alueelle. Mitä pienemmälle alueelle veitsen terä kohdistuu, niin sitä suuremman paineen se aiheuttaa leikattavaan pintaan.
Omena on helppo kuoria terävällä veitsellä, jolloin veitsen voima kohdistuu pienelle alueelle.
Paine kuvaa sitä, kuinka suuri voima kohdistuu tietylle pinta-alalle. Mitä suurempi voima ja mitä pienempi pinta-ala on, niin sitä suurempi on paine. Toisaalta mitä suuremmalle alueelle voima kohdistuu, niin sitä pienempi on paine.
Esimerkiksi lääkeruiskun neulan ja ihon välinen pinta-ala on häviävän pieni, jolloin neulan aiheuttama paine on todella suuri ja menee helposti ihosta läpi. Toisaalta lumikengillä voidaan kasvattaa jalkojen ja lumen välistä pinta-alaa, jolloin paine pienenee eikä hangessa tarpoja uppoa hankeen niin helposti.
Lumileopardin suuret käpälät toimivat lumikenkien tavoin auttaen sitä pysymään hangen pinnalla.
Paineen tunnus on P (engl. pressure) ja yksikkö on pascal ([[$Pa$]]). Yhden pascalin paine aiheutuu, kun yhden neliömetrin alalle kohdistuu yhden newtonin suuruinen voima, eli [[$1 \ Pa=1 \ \frac{N}{m^2}$]].
Yksi pascal on paineena todella pieni, sillä jo yksi piirustuspaperi kohdistaa alleen noin yhden pascalin paineen.
Tiettyyn pinta-alaan kohdistuva paine lasketaan voiman ja pinta-alan avulla kaavalla [[$$\text{paine}=\frac{\text{voima}}{\text{pinta-ala}}$$]]eli[[$$P=\frac{F}{A}.$$]]
Ilmanpaine
Lentokoneella matkustettaessa korvat menevät usein "lukkoon". Tämä johtuu siitä, että ilmanpaine lentokoneen sisällä muuttuu pienemmäksi kuin mihin olemme maanpinnalla tottuneet.
Ilmanpaineella tarkoitetaan painetta, jonka ilma aiheuttaa jossakin tilassa. Mitä enemmän ilmaa tietyssä tilassa on, niin sitä suurempi on ilmanpaine.
Maanpinnalla vallitsee ns. normaali ilmanpaine, joka on suuruudeltaan noin [[$101 \ 000 \ Pa=101 \ kPa.$]]
Ilman tai kaasun aiheuttamasta paineesta puhutaan yleensä yksikössä baari (lyh. bar). Yksi baari tarkoittaa yhtä ilmakehän normaalia ilmanpainetta eli [[$1 \ bar=101 \ 000 \ Pa.$]]
Ilmanpaine johtuu yläpuolellamme olevasta ilmamassasta. Mitä ylemmäs ilmakehässä noustaan, niin sitä vähemmän ilmaa yläpuolella on ja sitä pienempi on ilmanpaine. Kuva ei ole mittakaavassa.
Hydrostaattinen paine
Sukeltaessa tarpeeksi syvälle veteen korvasi rupevat natisemaan. Tämä johtuu siitä, että mitä syvemmälle sukelletaan, niin sitä suuremmaksi veden aiheuttama paine kasvaa. Veden, tai jonkin muun nesteen, aiheuttamaa painetta kutsutaan hydrostaattiseksi paineeksi.
Mitä syvemmällä vedessä ollaan, niin sitä suurempi on yläpuolella olevan vesimassan aiheuttama paine. Kymmenen metrin vesikerros vastaa aina yhtä ilmakehän normaalipainetta.
Nestettä ei voi puristaa kasaan, mutta kaasua voi. Tästä syystä esimerkiksi ilmapallo rutistuisi kasaan jos sen upottaisi syvälle veteen. Tämä tulee ottaa huomioon sukellettaessa: laitesukeltajan ilmavarastot eivät kestä pitkää sukellusta syvässä vedessä ja sukellusveneiden tulee kestää valtavia paineita merten syvyyksissä.
Muutama kappale sitten puhuimme nosteesta, eli kaasun tai nesteen aiheuttamasta ylöspäin suuntautuvasta voimasta. Emme kuitenkaan miettineet, että mistä noste aiheutuu.Nosteen aiheuttaman voiman voi selittää paineen avulla:
Nesteen tai kaasun aiheuttama paine vaikuttaa kappaleeseen joka suunnasta. Kappaleen alapinta on syvemmällä kuin yläpinta, joten alapintaan vaikuttaa suurempi paine kuin yläpintaan. Tällöin paineen aiheuttama voima on suurempi kappaleen alapinnalla kuin yläpinnalla ja kappaleen paino pienenee!
Oletko koskaan miettinyt, miten terävä veitsi eroaa tylsästä veitsestä? Miksi terävällä veitsellä on helpompi leikata asioita kuin tylsällä? Miksi tylsällä veitsellä leikatessa pitää käyttää enemmän voimaa?
Terävän veitsen terä on ohuempi kuin kuin tylsän veitsen, jolloin terävän veitsin voima kohdistuu pienemmälle alueelle. Mitä pienemmälle alueelle veitsen terä kohdistuu, niin sitä suuremman paineen se aiheuttaa leikattavaan pintaan.
Omena on helppo kuoria terävällä veitsellä, jolloin veitsen voima kohdistuu pienelle alueelle.Paine kuvaa sitä, kuinka suuri voima kohdistuu tietylle pinta-alalle. Mitä suurempi voima ja mitä pienempi pinta-ala on, niin sitä suurempi on paine. Toisaalta mitä suuremmalle alueelle voima kohdistuu, niin sitä pienempi on paine.
Esimerkiksi lääkeruiskun neulan ja ihon välinen pinta-ala on häviävän pieni, jolloin neulan aiheuttama paine on todella suuri ja menee helposti ihosta läpi. Toisaalta lumikengillä voidaan kasvattaa jalkojen ja lumen välistä pinta-alaa, jolloin paine pienenee eikä hangessa tarpoja uppoa hankeen niin helposti.
Lumileopardin suuret käpälät toimivat lumikenkien tavoin auttaen sitä pysymään hangen pinnalla.Paineen tunnus on P (engl. pressure) ja yksikkö on pascal ([[$Pa$]]). Yhden pascalin paine aiheutuu, kun yhden neliömetrin alalle kohdistuu yhden newtonin suuruinen voima, eli [[$1 \ Pa=1 \ \frac{N}{m^2}$]].
Yksi pascal on paineena todella pieni, sillä jo yksi piirustuspaperi kohdistaa alleen noin yhden pascalin paineen.
Tiettyyn pinta-alaan kohdistuva paine lasketaan voiman ja pinta-alan avulla kaavalla [[$$\text{paine}=\frac{\text{voima}}{\text{pinta-ala}}$$]]eli[[$$P=\frac{F}{A}.$$]]
| Esimerkki Pirkkoa kiinnosti tietää kuinka suuren paineen hänen korkokenkiensä korko kohdistaa lattiaan verrattuna hänen tasapohjaisiin tennareihinsa. Pirkko mittasi ja arvioi korkokenkiensä koron pinta-alaksi [[$A=1 \ cm^2=0,0001 \ m^2$]]. Pirkon lattiaan kohdistama voima [[$F$]] on yhtä suuri kuin häneen kohdistuva painovoima [[$G=m \cdot g=55kg \cdot 10 \frac{m}{s^2}=550 \ N$]]. Tällöin yhden koron lattiaan kohdistama paine [[$F$]] on [[$$\begin{align} P&=\frac{F}{A} \\ &=\frac{550 \ N}{0,0001 \ m^2}=5 \ 500 \ 000 \ Pa=5,5 \ MPa. \end{align}$$]] Sitten Pirkko mittasi käyttäen ruutupaperia ja arvioi tennariensa kengänpohjien pinta-alaksi [[$A=190 \ cm^2=0,0190 \ m^2$]]. Tällöin yhden tennarin lattiaan kohdistama paine [[$F$]] on [[$$\begin{align} P&= \frac{F}{A} \\ &= \frac{550 \ N}{0,0190 \ m^2} \approx 29 \ 000 \ Pa=29 \ kPa.\end{align} $$]] Korkokengillä voi siis saada aikamoista tuhoa aikaiseksi! |
Ilmanpaine
Lentokoneella matkustettaessa korvat menevät usein "lukkoon". Tämä johtuu siitä, että ilmanpaine lentokoneen sisällä muuttuu pienemmäksi kuin mihin olemme maanpinnalla tottuneet.
Ilmanpaineella tarkoitetaan painetta, jonka ilma aiheuttaa jossakin tilassa. Mitä enemmän ilmaa tietyssä tilassa on, niin sitä suurempi on ilmanpaine.
Maanpinnalla vallitsee ns. normaali ilmanpaine, joka on suuruudeltaan noin [[$101 \ 000 \ Pa=101 \ kPa.$]]
Ilman tai kaasun aiheuttamasta paineesta puhutaan yleensä yksikössä baari (lyh. bar). Yksi baari tarkoittaa yhtä ilmakehän normaalia ilmanpainetta eli [[$1 \ bar=101 \ 000 \ Pa.$]]
Ilmanpaine johtuu yläpuolellamme olevasta ilmamassasta. Mitä ylemmäs ilmakehässä noustaan, niin sitä vähemmän ilmaa yläpuolella on ja sitä pienempi on ilmanpaine. Kuva ei ole mittakaavassa.Hydrostaattinen paine
Sukeltaessa tarpeeksi syvälle veteen korvasi rupevat natisemaan. Tämä johtuu siitä, että mitä syvemmälle sukelletaan, niin sitä suuremmaksi veden aiheuttama paine kasvaa. Veden, tai jonkin muun nesteen, aiheuttamaa painetta kutsutaan hydrostaattiseksi paineeksi.
Mitä syvemmällä vedessä ollaan, niin sitä suurempi on yläpuolella olevan vesimassan aiheuttama paine. Kymmenen metrin vesikerros vastaa aina yhtä ilmakehän normaalipainetta.Nestettä ei voi puristaa kasaan, mutta kaasua voi. Tästä syystä esimerkiksi ilmapallo rutistuisi kasaan jos sen upottaisi syvälle veteen. Tämä tulee ottaa huomioon sukellettaessa: laitesukeltajan ilmavarastot eivät kestä pitkää sukellusta syvässä vedessä ja sukellusveneiden tulee kestää valtavia paineita merten syvyyksissä.
Muutama kappale sitten puhuimme nosteesta, eli kaasun tai nesteen aiheuttamasta ylöspäin suuntautuvasta voimasta. Emme kuitenkaan miettineet, että mistä noste aiheutuu.Nosteen aiheuttaman voiman voi selittää paineen avulla:
Nesteen tai kaasun aiheuttama paine vaikuttaa kappaleeseen joka suunnasta. Kappaleen alapinta on syvemmällä kuin yläpinta, joten alapintaan vaikuttaa suurempi paine kuin yläpintaan. Tällöin paineen aiheuttama voima on suurempi kappaleen alapinnalla kuin yläpinnalla ja kappaleen paino pienenee!