olette erehtyneet hyvä herra:
Paino
Tämä artikkeli käsittelee fysiikan suuretta. Painolla voidaan viitata myös painotaloon.
Kappaleen paino on siihen kohdistuva taivaankappaleen (esim. Maan) vetovoima, joka aiheutuu gravitaatiosta ja pieneltä osin taivaankappaleen pyörimisestä.
Kappaleen paino on suoraan verrannollinen sen massaan, ja se on samalla kappaleella likipitäen yhtä suuri kaikkialla Maan pinnalla. Tämän vuoksi arkielämässä massan ja painon välillä ei aina tehdä eroa, vaan usein kappaleen painosta puhuttaessa tarkoitetaan sen massaa[1]. Fysikaalisesti massa ja paino ovat kuitenkin kaksi eri käsitettä. Kappaleen massa on riippumaton sen sijainnista ja sen voidaan katsoa kuvaavan aineen määrää kappaleessa, paino kuvaa gravitaation kappaleeseen aiheuttamaa voimaa.
Koska paino on voima, SI-järjestelmässä sen yksikkönä on newton samoin kuin muidenkin voimien[1]. Yksi newton on voima, joka aihettaa yhden kilogramman massaiselle kappaleelle kiihtyvyyden 1 m/s2.
Kappaleen paino G voidaan laskea kaavalla G = mg, jossa m on kappaleen massa ja g gravitaatiokentän aiheuttama putoamiskiihtyvyys, joka Maassa on noin 9,81 m/s2. Sellaisen kappaleen paino, jonka massa on yksi kilogramma, on maapallon vetovoimakentässä noin 9,81 newtonia.
Vanhassa kirjallisuudessa painoa ja muitakin voimia mitattiin massayksiköissä. Siten yhden kilogramman voima (kgf) eli kilopondi tarkoittaa sitä voimaa, jolla Maa vetää puoleensa yhden kilogramman massaista kappaletta. Se on siis noin 9,81 N. Vielä nykyisinkin näkee paineen yksikkönä kg/cm2, jota nimitetään myös tekniseksi ilmakehäksi.
Muuttumattoman kappaleen massa on vakio riippumatta siitä, missä se sijaitsee, Maan pinnalla tai missä tahansa avaruudessa (olettaen, että kappale ei liiku suhteessa tarkkailijaan ? katso tarkemmin suhteellisuusteoria). Sen paino sen sijaan vaihtelee jonkin verran eri puolilla maapalloakin. Jos kappale siirretään päiväntasaajalta pohjoisnavalle, sen paino kasvaa noin 0,5 % Maan gravitaatiokentän erojen ja Maan pyörimisliikkeestä aiheutuvien erojen vuoksi. Saman kappaleen paino eri puolilla maapallon pintaa vaihtelee jonkin verran myös Maan sisäosien paikallisten tiheysvaihtelujen myötä sekä sen mukaan, millä korkeudella maanpinta on (mitä korkeammalla, sitä vähäisempi painovoima). Jos kappale viedään esimerkiksi Kuuhun tai vieraalle planeetalle, sen massa on yhä sama kuin Maassakin, mutta sen paino on kyseisen taivaankappaleen massasta ja läpimitasta riippuen hyvinkin eri suuri, esimerkiksi Kuussa vain noin kuudesosa siitä, mikä se on Maassa.
Astronautit voivat kellua avaruusaluksessa ja ovat lähes painottomia: astronautin ei tarvitse käyttää voimaa pysyäkseen paikallaan suhteessa avaruusalukseen. Koska kappaleet kuitenkin säilyttävät massan ja inertian, astronautin on käytettävä kymmenkertainen voima, jos hän haluaa siirtää yhtä nopeasti 10 kg massaista kappaletta 1 kg massaisen kappaleen sijaan.
Paine
Painetta voi hyödyntää monin tavoin.
Paine (tunnus p) ilmaisee pinta-alayksikköön kohdistuvaa kohtisuoraa voimaa. Matemaattisesti tämä ilmaistaan:
p = \frac{F}{A}
jossa:
p on paine
F on voima
A pinta-ala
Nesteille hydrostaattinen paine, joka aiheutuu painovoiman kohdistumisesta nesteeseen, ilmaistaan matemaattisesti:
p = \rho g h
jossa:
p on paine
\rho on nesteen tiheys
g \approx 9.81 N/kg on putoamiskiihtyvyys
h on nesteen syvyys metreinä
Sisällysluettelo [piilota]
1 Yksiköt
2 Paineen olemus
3 Ylipaine ja alipaine
3.1 Ylipaine
3.2 Alipaine
4 Kokonaispaine
4.1 Dynaaminen paine
4.2 Staattinen paine
5 Paineen mittaaminen
6 Katso myös
7 Lähteet
8 Aiheesta muualla
Yksiköt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
SI-järjestelmässä paineen yksikkö on newton neliömetriä kohti (1 N/m2), jolla on nimi pascal (Pa).[1] Sen kerrannaisista käytetään varsinkin ilmatieteessä yleisimmin hehtopascalia (hPa), joka on 100 pascalia.
Pascalin ohella paineelle on varsinkin aikaisemmin käytetty myös seuraavia yksiköitä:
baari (1 bar = 100 000 Pa), SI-järjestelmän lisäyksikkö; hieman pienempi kuin normaali ilmanpaine maan pinnalla; (1 millibaari = 1 hehtopascal, käytetään ilmanpaineen yksikkönä). [1]
elohopeamillimetri eli millimetri elohopeapatsasta (1 mmHg = 133,322 Pa [2] ), jota aikoinaan käytettiin myös ilmanpaineen yksikkönä, nykyisin vain verenpainemittauksessa
torri, joka on käytännössä sama kuin elohopeamillimetri
millimetri vesipatsasta (1 mm H2O = 1 mm vp = 9,806 65 Pa [2])
normaali-ilmakehä eli normaali ilmanpaine maan pinnalla (1 atm = 101,325 kPa =1013,25 hPa, mikä vastaa 760 mmHg.)
psi (Paunaa /neliötuuma (engl. Pounds per Square Inch) on vanha angloamerikkalaisissa maissa käytetty paineen yksikkö. 1 psi on ?6,89476 kPa eli 0,0689476 bar.)[3]
tekninen ilmakehä (at) eli kilopondi neliösenttimetriä kohti (kp/cm2, usein erheellisesti kilogramma neliösenttimetriä kohti, kg/cm2) on vanhentunut teknisen järjestelmän mittayksikkö, joka vastaa karkeasti yhtä baaria. Tarkasti 1 at = 1 kp/cm2 = 98,0665 kPa. [2]
Yksiköiden vastaavuus karkeasti käytännön mittauksissa:
1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa = 1000 hPa
1 bar ? 1 at = 1 kp/cm2 (vastaa 10 000 mmvp)
1 bar ? 1 atm (vastaa 760 mmHg)
1 bar ? 750 mmHg
1 bar ? 14,5 psi
Paineen olemus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Kineettisen kaasuteorian mukaan kaasun paineen synty aiheutuu hiukkasten (atomit, molekyylit yms.) törmäilystä pintaan. Törmätessään ne antavat pintaan liikemääräimpulssin, jonka ansiosta kappale alkaisi liikkua partikkeleista poispäin. Esimerkiksi ilmakehässä oleva esine ei lähde liikkumaan mihinkään suuntaan, koska sen joka puolella on ilmamolekyylejä, jotka kaikki tönivät sitä poispäin ja kumoavat toistensa vaikutuksen.
Jos tämän ilmakehässä olevan kappaleen sisällä ei olisi ilmamolekyylejä niin tiheästi kuin sen ympärillä, ei sisällä olevien molekyylien kappaleen seinämien sisäpintoihin aiheuttama paine pystyisi kumoamaan ulkopuolella olevien ilmamolekyylien aiheuttamaa painetta, jolloin kappale puristuisi kasaan, jos seinämät eivät kestäisi paine-eron aiheuttamaa voimaa.
Ylipaine ja alipaine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Jokapäiväisessä kielenkäytössä paineella tarkoitetaan toisinaan ylipainetta tai alipainetta, eli erotusta ympäröivän ilmakehän paineeseen. Monet paineen mittausmenetelmät, kuten U-putki, mittaavat juuri tätä erotusta. Mm. autonrenkaiden paine ilmoitetaan ja mitataan edelleen säännöllisesti ylipaineena. Nk. absoluuttista painetta voidaan tarvittaessa merkitä mittayksikön alaviitteellä abs.
Ylipaine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Ylipaine tarkoittaa kohteen suurempaa painetta verrattuna ympäristöön. Kohde voi olla eristetty ympäristöstään, jolloin ylipaine säilyy. Esimerkiksi kaasupullossa voidaan säilyttää kaasua ylipaineessa. Tällöin kaasu vie pienemmän tilan kuin normaalipaineessa. Ylipaineventtiili (yleinen nimitys myös varoventtiili) avautuu, kun suljetun tilan paine kohoaa säädetyn rajan yli verrattuna ulkoiseen paineeseen.
Eristämätöntä ylipainetta voi olla kaasuvirtauksissa. Rajaamaton ylipaine pyrkii normalisoitumaan siten, että kohteesta virtaa ympäristöön kaasua kunnes erot tasoittuvat (saturaatio).
Lääketieteessä tunnetaan positiivinen ylipainehengitys vaativana tehohoitomuotona.
Alipaine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Alipaine tarkoittaa kohteen pienempää painetta verrattuna ympäristöön. Kohde voi olla eristetty ympäristöstään, jolloin alipaine säilyy. Eristämätöntä alipainetta voi olla kaasuvirtauksissa. Rajaamaton alipaine pyrkii normalisoitumaan siten, että ympäristöstä virtaa kaasua kunnes erot tasoittuvat (saturaatio).
Alipaineventtiili on tekninen turvalaite, joka avautuu, kun suljetun tilan paine laskee säädetyn rajan alle verrattuna ulkoiseen paineeseen.
Putkiposti toimii alipaineella.
Kokonaispaine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Fluidin kokonaispaine saadaan seuraavasti:
p_{\rm kok}=\frac{1}{2} \rho v^2 + p_{\rm staattinen}
missä:
p_{\rm kok} kokonaispaine, pascal
\rho on fluidin tiheys, kg/m3
v on fluidin nopeus, m·s-1
p_{\rm staattinen} on staattinen paine, pascal
Dynaaminen paine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Dynaaminen paine (joskus myös patopaine [4]) on fluidin liikkeestä johtuva paine.
q \ = \ \frac{1}{2} \rho v^2
missä:
q = dynaaminen paine, pascal
\rho = fluidin tiheys, kg/m3
v = fluidin nopeus, m/s
Staattinen paine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Staattinen paine on paine, jonka fluidi kohdistaa ollessaan paikallaan.
Paineen mittaaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Pääartikkeli: Painemittari
On olemassa monia painemittarien eli manometrien toimintaperiaatteita: esimerkiksi U-putki, paineputkimanometri ja pietsokidepaineanturi.
Erilaisia paineen mittaamiseen tarkoitettuja laitteita ovat mm. verenpainemittari, rengaspainemittari ja ilmapuntari.
Linkit vielä:
Paino Wikipedia
Paine Wikipedia