6. Paine

Question 1

Mitä paine on? Mistä sen suuruus riippuu?

Answer 1

Paine kertoo, miten voima jakautuu pinnalle. Paine on sitä suurempi, mitä suurempi voima on ja mitä pienemmälle pinta-alalle se kohdistuu. Vastaavasti paine on sitä pienempi, mitä pienempi voima on ja mitä suuremmalle pinta-alalle se kohdistuu.

Paine on suoraan verrannollinen pintaan kohdistuvaan voimaan ja kääntäen verrannollinen pinta-alaan.

Paineen kirjaintunnus on p ja yksikkö SI-järjestelmässä pascal Pa (muita on myös bar, atm, psi)

Question 2

Miten paineen suuruus voidaan laskea?

Answer 2

Jos pinta-alalle A kohdistuu kohtisuora voima F, voidaan paine laskea suureyhtälöllä

p=F/A

Question 3

Mistä ilmanpaine aiheutuu?

Answer 3

Painovoima estää Maan ilmakehän karkaamisen avaruuteen. Ilmanpaine aiheutuu Maan ilmakehän omasta painosta. Tämän vuoksi ilmanpaine pienenee ilmakehässä ylöspäin mentäessä.

Question 4

Mitä tarkoittaa normaali ilmanpaine?

Answer 4

Normaali ilmanpaine kuvaa keskimääräistä ilmanpainetta merenpinnan tasolla. Sen arvoksi on sovittu 101 325 Pa. Täten normaalissa ilmanpaineessa jokaiselle neliömetrille kohdistuu 101 325 newtonin suuruinen voima. Ilmanpaine puristaa koko ajan joka suunnasta, sillä ilman molekyylit liikkuvat satunnaisiin suuntiin.

Question 5

Millainen on säiliössä olevan kaasun paine, miksi? Miten lämpötila vaikuttaa karkeasti?

Answer 5

Säiliössä olevan kaasun paine on kaikkialla yhtä suuri. Säiliössä olevan kaasun rakenneosaset törmäilevät toisiinsa sekä säiliön seinämiin, aiheuttaen näin törmäyksillään säiliön seinämiin kokonaisvoiman F, joka jakautuu säiliön seinämien pinta-alalle A tasaisesti.

Question 6

Milloin muodostuu yli- ja alipaine? Tyhjiö?

Answer 6

Jos säiliön sisällä paine on eri suuruinen kuin säiliön ulkopuolinen paine, kohdistuu säiliön seinämän eri puolille erisuuret voimat. Mikäli säiliön sisällä oleva paine on suurempi kuin säiliön ympäristön paine, puhutaan ylipaineesta. Mikäli säiliön sisällä oleva paine on puolestaan pienempi kuin säiliön ympäristön paine, puhutaan alipaineesta. Tyhjiössä eli vakuumissa paine on hyvin alhainen, eikä täydellisessä tyhjiössä ole ainetta ollenkaan.

Säiliön seinämään kohdistuva voima voidaan laskea seinämän eri puolille kohdistuvien vastakkaisiin suuntiin vaikuttavien voimien erotuksella
(p1-p2)A

Question 7

Miksi paine kasvaa, kun mennään syvemmälle vedessä?

Answer 7

Mitä syvemmälle sukelletaan, sitä suurempi paine vedessä vallitsee. Suuremman paineen aiheuttaa veden oma paino. Jo 10 metrin kerros vettä aiheuttaa saman paineen kuin maapallon koko ilmakehä.

Paine kasvaa syvemmälle mentäessä siis hydrostaattisen paineen vaikutuksesta. Hydrostaattinen paine tarkoittaa nesteen tai kaasun omasta painosta aiheutuvaa painetta. Hydrostattinen paine vaikuttaa kaasussa ja nesteessä kaikkiin suuntiin.

Question 8

Miten hydrostaattinen paine lasketaan?
Entä kokonaispaine?

Answer 8

Hydrostaattinen paine aiheutuu tarkastelukohdan yläpuolisen neste- tai kaasupatsaan painosta. Patsaan paino voidaan laskea, kun tiedetään sen pohjan pinta-ala A, aineen tiheys rho ja patsaan pohjan pinta-ala A. Täten saadaan suureyhtälö G=mg=pVg=pAhg.

Jos tämä nesteen tai kaasun paino G kohdistuu pinta-alalle A, niin hydrostaattinen paine syvyydellä h on ph=F/A=G/A=pAhg/A=pgh

Kokonaispaine kaasussa tai nesteessä on ulkoisen paineen ja hydrostaattisen paineen summa, eli
p_kok=p_0+pgh

Question 9

Mitä samaa ja eroa nesteellä ja kaasulla on paineen ilmiöitä tutkiessa? Missä näitä ominaisuuksia hyödynnetään?

Answer 9

Sekä nesteissä että kaasuissa paine leviää tasaisesti, mutta toisin kuin kaasut, nesteet eivät puristu kokoon. Tätä paineen tasaista leviämistä ja nesteen kokoonpuristumattomuutta hyödynnetään hydraulisissa laitteissa. Niissä paine ja sen aiheuttama voimavaikutus siirretään nesteen välityksellä haluttuun paikkaan. Hydraulinen laite välittää voimaa ja voi myös muuttaa sen suuruutta. Käytettävät nesteet ovat usein erilaisia öljyjä.

Question 10

Missä hydrauliikkaa hyödynnetään?

Answer 10

Hydrauliikkaa käytetään:
- tunkilla raskaan auton nostaminen pienellä voimalla
- maansiirtokoneet
- metsäkoneet
- autojen ohjaustehostimet

Hydraulisessa nosturissa hyvin pienellä voimalla saadaan aikaiseksi suuri voima. Koska neste ei puristu kasaan, mutta paine leviää niissä tasaisesti, kohdistuu hydraulisen nosturin molempiin mäntiin yhtä suuret paineet.

siten
p1=p2

eli

F1/F2=A1/A2