Paine ja noste
Tutkimus: Jalan ja maan välinen paine
Määritä kuinka suuren paineen aiheutat seisoessasi lattialla
- Piirrä jalkasi (tai käsi jos olet käsilläseisoja)
- opettajan antamalle ruutupaperille (1x1 cm ruudut)
- tai käytä mitä tahansa ruutupaperia (huom! yleensä 0,7 cm x 0,7 cm = 0,49 cm2)
- Määritä jalan pinta-ala
- Epämääräisen kuvion pinta-alan saa melko tarkasti arvioitua seuraavasti:
- laske kokonaisten ruutujen lukumäärä
- Kokonaiset ruudut saa nopeiten laskettua suorakulmioiden avulla (esimerkki https://peda.net/id/04d5aabc912 )
- Lisää siihen vajaiden ruutujen lukumäärä jaettuna kahdella
- (Tämä pitää oikeasti hämmästyttävän hyvin paikkansa! Osa vajaista ruuduista on lähes kokonaisia ja osa hyvin pieniä -> yhteensä kokonainen)
- (Kerro saamasi ruutujen yhteismäärä 0,49 cm2:lla jos käytit tavallista ruutupaperia)
- laske kokonaisten ruutujen lukumäärä
- Epämääräisen kuvion pinta-alan saa melko tarkasti arvioitua seuraavasti:
- Mieti mikä on painosi Newtoneina
- Laske paine (kaava löytyy alapuolelta tai kirjasta, huom! pinta-ala pitää olla neliömetreinä!)
- Laske lattiaan kohdistamasi paine yhdellä ja kahdella jalalla seistessä (tai käsillä)
- Miten tulokset eroavat toisistaan?
Liitteet:
Paine
- Paine kuvaa tiettyyn pinta-alaan kohdistuvaa voimaa[[$$ p=\frac{F}{A} \text{ eli paine} = \frac{\text{voima}}{\text{pinta-ala}} $$]]
- Paineen yksikkö on pascal (1 Pa)
[[$$ \frac{1 N}{1 m^2} = 1 Pa $$]] - Jos kappaletta ei erikseen paineta pintaa vasten, niin voima on yleensä paino(voima)
- laskuissa on siis pinta-ala muutettava yksikköön m2!
- Pascal on melko pieni yksikkö -> usein tulokset ilmoitetaan
- kPa = kilopascal = 1 000 Pa
- MPa = megapascal =1 000 000 Pa
- Miksi teroitettu veitsi leikkaa paremmin? Miksi terävä naula tai neula läpäisee paremmin?
Liitteet:
Ilmanpaine
- Ilmanpaine johtuu ilmakehän (massaan kohdistuvasta) painovoimasta aiheutuvasta paineesta
- Eli toisin sanoen yläpuolellasi olevan ilman painosta
- Normaali ilmanpaine on 101,3 kPa
- Ilmanpaine ilmoitetaan joskus yksiköissä bar tai mmHg
- Kuinka suuri on ilmanpaine verrattuna siihen, että kaveri seisoisi hartioillasi?
- Miksi ilmanpaine pienenee korkeammalle mentäessä?
Hydrostaattinen paine
- Nesteeseen kohdistuvasta paineesta käytetään nimitystä hydrostaattinen paine
- Nesteessä (ja kaasussa) paine leviää tasaisesti kaikkialle nesteeseen!
- Tätä hyödynnetään hydraulisissa laitteissa esim. auton jarrut (video)
- Miksi paine kasvaa syvemmälle sukellettaessa?
- Miten hydraulisella nosturilla voidaan pienentää nostamiseen tarvittavaa voimaa? Minkä ominaisuuden kustannuksella tämä tapahtuu?
- ilmanpaineen ja hydrostaattisen paineen ero: https://socratic.org/questions/what-is-the-difference-between-hydrostatic-pressure-and-atmospheric-pressure
Tutkimus: Noste
Välineet:
- Iso/keskikokoinen keitinlasi
- Jousivaaka
- Ontto metallisylinteri
- Alumiini- ja messinkipunnukset
Työn suoritus:
- Ota keitinlasiin vettä
- Aseta punnus sylinteriin ja mittaa punnuksen paino ilmassa ja vedessä
ÄLÄ UPOTA VAAKAA VETEEN - Toista toisella punnuksella
sekä tyhjällä sylinterillä - Kokoa tulokset taulukkoon
- Noste = paino ilmassa - paino vedessä
paino ilmassa (N) |
paino vedessä (N) |
Noste (N) |
|
alumiinipunnus | |||
messinkipunnus | |||
Noste
- Noste on nesteessä tai kaasussa olevaan kappaleeseen kohdistuva ylöspäin suuntautuva voima
- Noste aiheutuu paine-erosta kappaleen ylä- ja alapinnan välillä
- Nosteen suuruus on sama kuin kappaleen syrjäyttämän nestemäärän (tai kaasun) paino
- Mitä tiheämpi väliaine, sitä suurempi noste
- Kappaleen ja väliaineen tiheyserosta riippuu kelluuko, leijuuko vai uppoaako kappale
- PhET-simulaatio (vaatii flashin, pitäisi toimia ainakin Chromella)