Miksi laiva kelluu? Tutustu nosteen maailmaan yksinkertaisella vedenpainekokeella
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on kokeen paikka!
Oletko koskaan sukeltanut syvälle uima-altaassa ja tuntenut korvissasi painetta tai ikään kuin kehoasi puristettaisiin kasaan? Se tunne johtuu vedestä, joka painaa esineitä – toisin sanoen vesipaineesta. Vesipaine on kuitenkin voima, jota emme näe. Sitä on yllättävän vaikea ymmärtää pelkkien oppikirjan nuolien avulla. Siksi esittelemmekin nyt äärimmäisen kustannustehokkaan kokeiluvälineen, jolla ”tehdään näkyväksi” tämä näkymätön vesipaine ja paljastetaan samalla myös nosteen mysteeri!
Edullinen ja ylitehokas! Salainen ase ”vesipaineen” visualisointiin
Esittelemme tällä kertaa todellisen helmen, joka löytyy usein piilossa koulujen tiedeluokista: ”Yksinkertainen vesipainekoe-laite”.
Laite on listattu monilla tiedeopetusmateriaalien sivustoilla, mutta sen rakenne on äärimmäisen simppeli. Kyseessä on vain läpinäkyvä muovinen lieriö, jonka molemmille puolille on kiinnitetty pehmeä kumikalvo. Saatat ajatella: ”Eikö tässä ole mitään muuta?” Mutta juuri tämä yksinkertaisuus tekee luonnonlaeista uskomattoman selkeitä.
Käyttö on todella helppoa. Laita vain vettä astiaan ja upota laite sinne.
Kun laite upotetaan veteen, vesipaine painaa kumikalvoja voimakkaasti molemmilta puolilta, jolloin ne pullistuvat sisäänpäin. Näin kaikille käy selväksi se tosiasia, että ”vedessä olevaan esineeseen kohdistuu voimaa myös sivusuunnista”.
Tässä se jännittävin osuus on! Nosteen todellinen luonne paljastuu pyörittämällä
Ja nyt, tässä on tämän laitteen todellinen nerokkuus: kokeillaan kääntää tätä lieriötä 90 astetta veden alla.
Silloin voimme nähdä, että paine ei kohdistu vain sivuilta, vaan myös ylhäältä ja alhaalta.
Vesipaine vaikuttaa siis myös ylös- ja alaspäin, eli vedessä paine kohdistuu esineeseen joka puolelta. Tämän lisäksi: vertaa ylä- ja alakumikalvojen painumista todella tarkasti. Huomaat varmasti, että alempi kalvo on painunut sisäänpäin enemmän kuin ylempi.
Tämä johtuu siitä, että vesipaine kasvaa syvyyden mukana. Mitä syvemmällä ollaan, sitä suurempi voima kohdistuu laitteen alapintaan. Tästä ilmiöstä voimme johtaa yhden fysiikan tärkeimmistä laeista. Mitä tapahtuu, kun lasketaan yhteen ylhäältä tuleva työntö (heikko) ja alhaalta tuleva nosto (vahva)? Aivan oikein! Jäljelle jää netto ylöspäin suuntautuva voima.
Juuri tässä onkin nosteen koko ydin! ”Noste = vesipaineiden summa.” Näin selitettynä jopa yläkouluikäiset ymmärtävät sen välittömästi. ”Miksi massiivinen laiva kelluu veden päällä?” Tämän pienen kokeilulaitteen avulla tämäkin suuri mysteeri ratkeaa.
Yhteydenotot ja tarjouspyynnöt
Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut selkeästi hauskoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona, sekä parhaat vinkit niihin. Kokeile etsiä ja selailla! ・Tiedeblogini sisältö on nyt julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä ・Lisätietoa sivuston ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, tästä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, työpajat, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset jaetaan X:ssä!
Tieteen temput -kanava lähettää kokeiluvideoita!
