Näkymätön ilmanpaine paljastuu! Tyhjiökotelon avulla ilmamysteerin jäljillä (leipäkotelo käytössä)
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on koe.
Oletko koskaan kuullut tarinaa siitä, kuinka sipsipussi pullistuu kuin ilmapallo, jos sen vie korkealle vuorelle? Melkein kuin se olisi räjähtämäisillään! Tämän takana on itse asiassa ”ilman voima” eli ilmanpaine, jota emme arjessa ajattele lainkaan.
Me elämme ilman paineen (eli painovoiman) alla tuntematta sitä, aivan kuten kala ei tunne veden painoa. Mutta tämä voima on todellinen. Tänään esittelen jännittävän kokeen, joka visualisoi tämän ”näkymättömän voiman” ja paljastaa syyn siihen, miksi herkkupussit pullistuvat vuorilla.
Luodaan ”korkea paikka” maan tasolla!
Sain tämän idean kollegaltani, opettaja K:lta. Käytimme kokeessa kotitalouksien ”tyhjiöleipälaatikkoa”. Vaikka se on alun perin suunniteltu suojaamaan leipää kosteudelta, se onkin erinomainen väline luonnontieteen kokeisiin. Sitä myytiin jopa Amazonissa.
Tämän laatikon ja pumpun avulla imemme ilmaa ulos, luoden ”harvaa ilmaa” (eli matalaa ilmanpainetta). Näin voimme keinotekoisesti simuloida korkealla vuorella tai jopa lähes avaruudessa vallitsevaa tilaa.
Nähdään näkymätön ”ilman paino”
Ensiksi asetimme laatikkoon aneroidi-ilmapainemittarin ja imimme ilmaa ulos pumpulla.
Aneroidi-ilmanpainemittari
Ilmanpaine on kirjaimellisesti ”ilman puristusvoimaa”. Se on se voima, joka painaa meitä jatkuvasti – maasta aina yläilmakehän ja avaruuden rajalle asti ulottuvan ”ilmapilarin paino”.
Kun aloimme poistaa ilmaa laatikosta… ilmanpainemittarin viisari laskeutui nopeasti!
Koska ilman määrä laatikossa vähenee, myös sen ”paino” vähenee luonnollisesti. Vaikka emme näe sitä, viisarin liike todistaa, että ”ilmaa todella vähenee ja paine laskee”. Tämä oli todella mielenkiintoinen hetki.
Miksi herkkupussit pullistuvat? – Ilman ”työntövoima”
Seuraavaksi oli vuorossa päivän päätähti: laitoimme pussitetut makeiset (esim. yksittäispakatut keksit) tyhjiölaatikkoon ja laskimme ilmanpainetta samalla tavalla.
Ennen ilman poistoa
Ilman poiston jälkeen
Ja mitä tapahtui? Pussi alkoi pullistua todella pallomaiseksi! Se täyttyi kuin ilmapallo. Mutta miksi?
Normaalisti maanpinnalla (yhden ilmakehän paineessa) herkkupussi on tasapainossa: ”voima, jolla ilma työntää pussista ulos” ja ”voima, jolla ulkopuolinen ilma (ilmanpaine) työntää pussia sisään” ovat tasan. Kuvittele, että ne työntävät toisiaan samalla voimalla.
Kuitenkin, kun poistamme ilmaa tyhjiölaatikosta, ulkopuolelta tuleva työntövoima (ilmanpaine) heikkenee nopeasti. Mitä silloin tapahtuu? Aivan oikein, koska sisäpuolelta ulospäin suuntautuva voima pysyy samana, sisäinen voima ”voittaa” ja täyttää pussin suureksi kuin ilmapallo.
Vuoret, avaruus ja kehomme
Tämä on täsmälleen sama periaate kuin ”ilmiö, jossa herkkupussit pullistuvat vuorilla”.
Mitä korkeammalle vuoristoa nouset, sitä lyhyemmäksi (eli kevyemmäksi) yläpuolellasi oleva ilmapilari muuttuu. Eli ilmanpaine laskee. Siksi maanpinnalla täytetty herkkupussi alkaa pullistua itsestään, kun ulkopuolelta tuleva työntövoima heikkenee.
Tämä koe on erittäin mielenkiintoinen, sillä sen avulla voimme turvallisesti simuloida korkean vuoriston olosuhteita maan tasalla.
Jos tätä periaatetta viedään pidemmälle, avaruudessa (joka on lähes tyhjiö = nolla ilmanpainetta) herkkupussi todennäköisesti räjähtäisi hetkessä.
Mieti myös jotain lähempänä arkea: muistatko, miltä korvissa tuntuu lentokoneessa nousun jälkeen? Ne menevät ”lukkoon” tai tuntuvat hieman tukkoisilta, eikö? Sekin on todiste siitä, että kehomme tuntee eron maanpinnan 1 ilmakehän paineen ja koneen säädetyn matalamman paineen välillä. Elämme suojattuina ja tuettuina planeettamme ”ilman painolla” enemmän kuin uskommekaan.
Yhteydenotot ja pyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta helpommin lähestyttävää! Olen koonnut selkeät ohjeet ja vinkit hauskoihin tiedekokeisiin, jotka voit tehdä kotonasi. Selaa ja etsi lisää! ・Tieteen vinkkikirjamme (Kagaku no Netachō) on julkaistu kirjana. Lue lisää täältä. ・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä. ・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultaatio/esiintymiset, jne.) täältä. ・Artikkelien päivitykset jaetaan X:ssä!
Kagaku no Neta Channel -kanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!
