Luokka: fysiikka
julkaistu: 14.9.2015
ilma ei murskaa. Nesteenä ilma virtaa ympärillesi ja yrittää murskata sinut. Onneksi on yleensä yhtä paljon painetta kehon sisällä painamalla ulospäin kuin on Ilmanpaine kehon ulkopuolella työntää sisäänpäin. Ne yleensä kumoavat, mikä tarkoittaa, että ei ole yleistä voimaa sinulle ja et saa murskata. Vaikka sisäinen ja ulkoinen paine eivät tarkalleen kumoa toisiaan, iho, lihakset ja muut kudokset ovat yleensä tarpeeksi vahvoja ja joustavia, jotta voima ei vahingoita niitä.
seiso ulkona pellolla ja katso suoraan ylöspäin. Katselet sadan kilometrin mittaista ilmapatsasta, jota painovoima vetää alas sinua kohti. Vaikka ilma on hyvin hataraa muihin aineisiin verrattuna, se todella koostuu atomeista ja sillä on todellakin massaa. Painovoima vetää ilmaa alas siinä missä kaikki muukin massa. Kourallisella ilmaa ei välttämättä ole paljoa massaa, mutta sata kilometriä ilmaa on eri juttu. Jos piirrät metri kertaa metrin neliön maahan (joka on noin jääkaapin jalanjälki), niin kaikki ilma suoraan tuon neliön yli on kokonaismassa noin kymmenentuhatta kiloa. Maan painovoiman vuoksi tämä massa painuu neliömetrille noin kahdenkymmenen tuhannen paunan voimalla, joka on sama kuin tyhjän koulubussin paino. Toisin sanoen, jos asetat tyhjän koulubussin neliömetrin jalustalle (kohdistaaksesi voiman oikealle alueelle), jalustan alla oleva maapala kokisi yhtä paljon painoa bussista kuin normaalisti ilmasta.
piirrä nyt olkapäähäsi sentti kerrallaan neliö. Suoraan tuon neliön yläpuolella olevan sadan kilometrin ilmamassan kokonaismassa on 7 kilogrammaa. Maan painovoiman vaikutuksesta tämä massa painuu olkapääsi neliösenttimetriä vasten noin 15 kilon voimalla. Tämä on sama kuin suuren keilapallon paino. Toisin sanoen ilma painaa olkapäälläsi olevaa neliösenttimetriä alaspäin yhtä kovaa kuin jos tuolla neliösenttimetrillä istuisi iso keilapallo, eikä tunnelmaa olisi. Lisäksi olkapäässäsi ei ole mitään erikoista. Jokainen neliösentti kehon pinnalla tuntuu 15 kiloa työntää sitä, koska ilma ilmakehässä. Jos esimerkiksi kämmenen pinta-ala on 10 neliötuumaa (mikä on tyypillinen arvo), ilma työntää kämmeneen kokonaisvoimalla, joka on yhtä suuri kuin 10 suuren keilapallon paino. Mikset tunne sitä? Se ei todellakaan tunnu siltä, että pidät jatkuvasti 10 isoa keilapalloa kämmenelläsi. Vastaus on, että ilma on nestettä.
nesteenä ilma pystyy virtaamaan joka suuntaan ja ottamaan minkä muodon tahansa. Samalla ilma siirtää painonsa murskaavan voiman kaikkiin suuntiin, jopa ylöspäin. Ojenna kätesi kämmen ylöspäin. Vaikka on totta, että ilma puskee alas kämmenelle 10 keilapallon voimalla, samalla ilma puskee ylös kämmenselkään 10 keilapallon voimalla. Tämän seurauksena koko käteesi kohdistuva kokonaisvoima on nolla. Yksittäiset pinnat (käden ylä-ja alaosa) tuntevat ilmanpaineen, mutta käsi kokonaisuutena ei koe ilmakehästä tulevaa nettovoimaa. Siksi ei tunnu siltä, että kymmentä keilapalloa raahataan jatkuvasti kämmenellä, ja siksi sata kilometriä ilmassa yläpuolellasi ei kiinnitä kättä maahan. Samoin vaikka ilma painaa päälaen alas satojen kilojen voimalla, se painaa myös leukaa ja niskaa ylös satojen kilojen voimalla. Tämän seurauksena pääsi ei murskaannu jalkakäytävää vasten. Tällä tavoin ilman nestemäisyys saa aikaan sen, että ilmakehän paino työntyy joka puolelta päällesi, mutta ei paina sinua alas.
tämä käden voimien peruuntuminen tapahtuu vain, jos ilmakehän ilma pääsee sekä kämmeneen että kämmenselkään. Jos poistat ilman, joka työntää ylös kämmenselällä, ei enää ole peruuttamista voimia ja koet 10 keilapalloja painon arvoinen käsi yleistä. Voit osittain tehdä tämän käynnistämällä erittäin vahvan tyhjiökoneen samalla kun painat letkun päässä olevaa aukkoa suoraan kämmenselkää vasten. Tyhjiökone imee ja poistaa ilman, joka painoi kämmenselkääsi, jolloin kätesi voi yleisesti tuntea ilmanpaineen alaspäin suuntautuvan voiman kämmenessäsi. Kuvailisit todennäköisesti tätä kokemusta letkuna, joka imee kättäsi sitä kohti, ja sanoisit siksi, että voima, jonka kätesi yleisesti tuntee, on letkun aiheuttama vetävä voima. Todellisuudessa käden yläpuolella olevan ilman paino työntää kättä alas kohti tyhjiöletkua ja on voiman lähde.
aina kun puhumme imusta, tarkoitamme todella sitä, että ilma poistetaan kappaleen toiselta puolelta niin, että ilmakehässä olevan ilman suunnaton paino voidaan kokea kappaleella kokonaisuudessaan ilman peruuttamista. Aina kun sinulla on ollut vaikeuksia poistaa imukuppi ikkunasta, tuo resistiivinen voima, jota koet, on kirjaimellisesti ilmakehän ilman paino, joka murskaa sen lasia vasten. Jos imukuppi on suuri ja siinä on hyvä tiiviste, et ole tarpeeksi vahva vetämään kuppia suoraan pois. Yksinkertaisesti sanottuna et ole tarpeeksi vahva vastustamaan imukupin puristavan ilman voimaa lasia vasten. Imukupin saa kuitenkin irti ikkunasta helposti päästämällä ilmakehän ilmaa imukupin toiselle puolelle. Tökkää kynä tai tappi kupin ja lasin väliin tiivisteen rikkomiseksi, jolloin ilma pääsee virtaamaan imukupin taakse. Kun näin tapahtuu, molemmilta puolilta ilmasta tulevat Cupiin kohdistuvat voimat kumoavat toisensa, eikä kuppi enää murskaannu lasia vasten. Näitä käsitteitä ajatellen pitäisi nyt olla selvää, että imukupit eivät toimi avaruuden tyhjiössä.
silloinkin, kun kämmenselkään kohdistuva ilman voima kumoaa kämmeneen kohdistuvan ilman voiman, käsi murskaantuu edelleen näiden kahden vastakkaisen voiman välissä. Onneksi käden sisällä on myös ulospäin suunnattua painetta, joka kumoaa ilmanpaineen sisäisen voiman. Tämän seurauksena käden pinnalla ei ole nettovoimaa. Sisäistä painetta ei aiheuta ilma vaan loukkuvesi. Sisäinen kehon paine luodaan ja ylläpidetään ottamalla puolijäykkiä soluja, jotka pumpataan ylös vedellä käyttäen kemiallisia houkuttelevia voimia veden ja ionien, kuten natriumin, välillä. Jokainen solu on vähän kuin vesi-ilmapallo. Jos ilmapalloon pumppaa vettä, sisäinen vedenpaine voi kumota ulkoisen ilmanpaineen ja ilmapallo pitää muotonsa murskautumatta.
jos säiliöstä tehdään tiivis ja sen sisäistä painetta pienennetään niin, että peruutusvaikutus häviää, ilmakehän ilman paino on kyllin voimakas, jotta se voi murskata säiliön sisäisesti. Ota esimerkiksi tyhjä metallitynnyri ja lämmitä se korkki pois niin, että piipun sisällä oleva ilma kuumenee, laajenee ja osittain pakenee. Aseta korkki tiukasti kiinni ja aseta piippu jäälammikkoon. Kun piipun jäljellä oleva ilma jäähtyy, se menettää paineensa eikä pysty enää kumoamaan piipun ulkopuolista ilmanpainetta. Tämän seurauksena piippu luhistuu.
huomaa, että vaikka kehon sisäinen paine ja ulkoinen Ilmanpaine eivät ole täsmälleen samat eivätkä siksi kumoa toisiaan, useimmat kehosi kudokset ovat riittävän vahvoja kestämään tuloksena olevan nettovoiman. Jos ihminen esimerkiksi sijoitetaan avaruuden tyhjiöön ilman avaruuspukua, syntyy säännöllinen kehon sisäinen paine, mutta ei ulkoinen Ilmanpaine, joka kumoaa sen. Tästä erosta huolimatta tällainen henkilö ei räjähdä, koska iho on tarpeeksi vahva kestämään paineen. Tyhjiöaltistus todellakin vahingoittaa ihmisiä ja aiheuttaa jopa kuoleman muutaman minuutin kuluttua, mutta se ei saa ihmisiä räjähtämään paine-erosta.
Topics: ilma, Ilmanpaine, ilmakehä, paine