Uskomaton Ilmanpaine: Pöytä Ylös Muovilevyllä! (467 kg voima yhdellä alustalla)
Tervehdys! Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on kokeilun arvoinen!
Ilma, joka täyttää kaiken ympärillämme. Se on niin itsestään selvä asia, ettemme juuri koskaan ajattele sen painoa tai voimaa. Mutta entä jos tuo näkymätön ilma kätkee sisäänsä niin suuren tehon, että se pystyisi nostamaan kevyesti painavan pöydän? Tänään esittelen hämmästyttävän tiedekokeen, jossa voit kokea ilman piilotetun voiman – ”ilmanpaineen” uskomattomuuden – vain yhdellä muovilevyllä (esim. kansio tai alusta)!
【Tämä artikkeli on julkaistu myös radiona.】
Kun koulussa opetetaan ”painetta”, tyhjän tölkin murskaaminen ilmanpaineella on klassikkokoe, mutta se vaatii hieman vaivalloista valmistelua. Jos haluat kokea ilmanpaineen voiman helpommin ja dramaattisemmin, tämä ”pöydän nostaminen muovilevyllä” -koe on täydellinen. Tarvitset vain ”pöydän” luokkahuoneesta tai kotoa, sekä ”muovilevyn” ja ”imukuppeja”, joita saa jopa edullisesti. Valmistelu vie hetken, mutta se tarjoaa oppilaille samanaikaisesti hämmästyksen (”Mitä?! Tällaisellako?”) ja tunteen (”Ilman voima on näin suuri!”).
Tämä koe onnistuu niin luokkahuoneessa, laboratoriossa kuin kotisohvallakin. Nauti hetkestä, jolloin ”ilman voima tulee näkyväksi”!
Kokeen valmistelu ja ohjeet
◆ Tarvikkeet (yhdelle ryhmälle)
- Muovilevy / Alusta (B5-koko) … 1 kpl
- Imukuppeja (halkaisija n. 3.6 cm) … 2 kpl
Huom: Ostin molemmat itse edullisesti (esim. 100 jenin kaupasta/Seria).
Valmistelin 12 levyä ja 24 imukuppia ryhmien määrän mukaan.
▼Esimerkkituote:
- ”Mini-superkoukku imukuppikiinnityksellä, 5 kpl” (n. 110 jeniä sis. verot)
- Vastaavia tuotteita löytyy myös Amazonista ja Rakutenista.
◆ Kokeen suoritus
- Pyyhi pöydän pinta puhtaaksi ja aseta muovilevy tasaisesti siten, ettei sen alle jää rakoa.
- Paina kaksi imukuppia tiukasti kiinni muovilevyn keskiosaan.
- Ota kiinni imukuppien kahvoista molemmin käsin ja nosta niitä hitaasti ylöspäin.
【Onnistumisen salaisuus】
Kokeen avain on nostaa ”hitaasti”. Jos vedät liian rajusti, ilmaa pääsee muovilevyn ja pöydän väliin, ja vain imukupit irtoavat. Kun lisäät voimaa pikkuhiljaa, pääset kokemaan sen ihmeellisen tunteen, kun koko pöytä nousee ilmaan, muovilevyn ollessa tiukasti kiinni.
Miksi muovilevy nostaa pöydän?
Pöytä ei todellakaan leijaile ylös taianomaisesti. Tämän ilmiön pääosassa on maapalloa ympäröivän ilman paino, eli ”ilmanpaine” (tai atmosfäärinen paine). Normaalisti ilmanpaine kohdistuu muovilevyyn yhtä suurena sekä ylhäältä että alhaalta, jolloin voimat ovat tasapainossa. Mutta kun asetat muovilevyn tiiviisti pöytää vasten, ilma muovilevyn ja pöydän välistä poistuu, jolloin alhaalta tuleva ilman voima lähes lakkaa toimimasta.
Tämän seurauksena näyttää siltä, että vain muovilevyn yläpuolella oleva valtava ilmapatsas painaa sitä alas. Koska tämä näkymätön voima on uskomattoman voimakas, muovilevy puristuu tiukasti pöytää vasten, ja kun yrität nostaa levyä, se nostaakin koko pöydän mukanaan!
Tämä on sama periaate kuin siinä, että voit juoda mehua pillillä tai siinä, että seinään kiinnitetty imukuppi pysyy paikallaan. Maailmamme on täynnä ilmanpaineen luomia ihmeitä.
Tiedettä: Lasketaan ilmanpaineen voima!
Kuinka suuri voima tähän B5-kokoiseen muovilevyyn (182 mm × 257 mm) itse asiassa kohdistuu? Lasketaan se ja hämmästytään tuloksesta.
Oletetaan maanpinnan ilmanpaineeksi noin 1000 hPa (hehtopascalia). Tämä tarkoittaa, että yhtä neliömetriä kohti kohdistuu noin 100 000 N (newtonin) voima. Kaava on seuraava:
F(Voima)=P(Paine)×S(Pinta-ala)
F=100000Pa×0.182m×0.257m≈4677N
Kun tämä 4677 N voima muunnetaan massaksi, se vastaa uskomatonta noin 467 kg:n painoa! Tämä on saman verran kuin kolmen sumopainijan tai pienen lehmän paino. Uskomatonta, että vain yhden muovilevyn päälle kohdistuu näin valtava voima, eikö totta? Myös meidän kehomme on jatkuvasti tämän näkymättömän voiman kannattelema.
Lisäoppimisen ideoita
Lasketaan tätä uskomatonta voimaa myös tutummilla mittakaavoilla.
- Mikä on kämmenen (n. 15 cm × 10 cm) päälle kohdistuva ilman voima? Laskettaessa se on noin 150 kg! Kämmenesi päällä lepää siis jatkuvasti aikuisen miehen painoa vastaava voima.
- Entä etusormen kynnen (n. 1 cm²) päälle? Noin 1 kg. Kuvittele, että kynnen päällä on litran maitotölkki!
Voi olla myös mielenkiintoista käyttää opetusvälineitä, kuten Narikan ”Gumupita-kun” -nimistä välinettä. Pöytään tiukasti tarttumisen tunne saa sinut tuntemaan ilmanpaineen olemassaolon entistä suoremmin.
Oletko nyt tuntenut ilman voiman? Kun ymmärrät arjen itsestäänselvyyksiin kätkeytyvät tieteen periaatteet, tavallinen maisema saattaa näyttää hieman erilaiselta. Koe tämä hämmästys kotona tai luokkahuoneessa!
Yhteydenotot ja toimeksiannot
Tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi sinua! Olen koonnut selkeästi hauskoja kotona tehtäviä tiedekokeita ja niiden vinkkejä. Selaa vapaasti lisää!
- Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä
- Erilaiset toimeksiannot (kirjoitukset, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi ja esiintymiset) täältä
- Artikkelipäivitykset lähetetään X-palvelussa!
Tiede-ideakanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!
