> Lukion opettajan kanssa tuli seuraava matsi: Jos vesiastiassa on jääpala,
> missä on ilmakupla vesirajan
> alapuolella, niin nouseeko vai laskeeko veden pinta jään sulaessa:
> Opettajan vastaus: Laskee, koska ilmakin painaa ja näin jää painuu enemmän
> veden alle kuin se normaalisti painuisi
> Oma vastaukseni:Nousee, koska ilmakupla aiheuttaa nosteen ja jää on enemmän
> vedenrajan yläpuolella kuin se normaalisti olisi.
Eipäs pilatakaan tehtävää täydellisellä ratkaisulla. Pieni ajatusleikki
voisi kuitenkin olla se, että ilmakuplan paikka palassa ei vaikuta
vastaukseen. Niinpä tuo ilmakupla voi olla ihan palan yläreunassa.
Mitä tapahtuu, jos palaan porataan pieni reikä, jolloin ilmakupla on
yhteydessä ulkoilman kanssa? Entäpä jos kuplan yksi seinämä poistetaan
kokonaan?
- Ville
--
Ville Voipio, Dr.Tech., M.Sc. (EE)
Pieni ajatusleikki
> voisi kuitenkin olla se, että ilmakuplan paikka palassa ei vaikuta
> vastaukseen. Niinpä tuo ilmakupla voi olla ihan palan yläreunassa.
Jos ilmakuplan paikka ei vaikuta vastaukseen, niin veden pinta laskee, koska
ilmakin painaa jonkin verran. Jopa silloin kun astia itse ei ole tyhjiössä
> Mitä tapahtuu, jos palaan porataan pieni reikä, jolloin ilmakupla on
> yhteydessä ulkoilman kanssa? Entäpä jos kuplan yksi seinämä poistetaan
> kokonaan?
hmm... ei käsittääkseni yhtään mitään, ellei poraamisesta tullutta
jääsilppua oteta huomioon.
ilmamassa, joka on ilmakuplassa, painaa silti samalla voimalla palaa. Voima,
jolla ilmamassa painaa jäätä
riippuu myös palan geometrisesta muodosta.(siis ulkoilman ilmamassa, ei
ilmakuplan)
Lisäksi vesilasin ulkopuolinen ilma painaa samalla paineella
vesilasissa olevan veden pintaa. Älä anna vielä periksi!
- Sampo Smolander
mietippä jos jää on vastaavan muotonen...
_____
| |
| |
__| |__
::: :::
...ja ilmaa sitten laitetaan jään alle. Noste kasvaa ja jääkin nousee
vähän...
- - lasse - -
(en tiiä miten taiteellinen luomukseni näkyy, mutta joo..)
Tarkaastelkaamme asiaa seuraavasti:
Jääpala, jonka sisällä on ilmakupla, ovat tilavuudeltaan yhteensä V.
Sovitaan vaikkapa, että massasta 30% on ilmaa ja loput 70% jäätä. Tällöin
niiden kokonaismassa on m = .3*roo(ilma)*V + .7*roo(jää)*V (roo siis veden
ja jään tiheys). Ilmakuplan sijainti ei käsittääkseni vaikuta nosteen
määrään, koska ainoastaan niiden kokonaismassa ja tilavuus (osasta joka on
veden alla) vaikuttaa nosteen suuruuteen. Voitaisiin ajatella, että
ilmakupla ei edes pysy veden alla, vaan kiepsahtaa yläpuolelle, jos jääpala
on hyvin tasainen ja pyöreähkö. Näin ei tietenkään välttämättä tapahdu. Kas
niin, siis jääpala sulaa, jolloin sen massa ja tilavuus pienenevät.
Nyt kun vain jäätä sulaa, jään ja ilman suhde muuttuu, jolloin massa
muuttuu, samoin kokonaistiheys. Noste oon roo*V*g (tässä roo on sen nesteen
tiheys jonka suhteen nostetta lasketaan, eli veden) .
Tilanteen 1 noste olkoon N1 = roo*V1*g.
Tilanteen 2 noste olkoon N2 = roo*V2*g.
Huomataan, että ainakaan nosteen suuruuteen ei vaikuta tiheyden muuttuminen,
vaan se on suoraan suhteessa kappaleen tilavuuteen. Lasketaanpa eteenpäin.
Paljonko lienee Maan vetovoiman aiheuttama paino? G=mg, tässä tapauksessa
merkitään m=roo*V, massa on tiheyden ja tilavuuden tulo.
Tilanteen 1 paino on G1 = g*roo(kokonaistiheys1)*V.
Tilanteen 2 paino on G2 = g*roo(kokonaistiheys2)*V.
Huomattavaa oli, että kokonaistiheys on muuttunut, kun jäätä on nyt
vähemmän, kuin ilmaa. Ilman tiheys on pienempi kuin veden, siis kappale
kevenee kokonaisuudessaan.
Siispä Paino pienenee enemmän kuin noste jääkappaleen sulaessa. Tästä
saeuraa, että noste N vaikuttaa enemmän kuin paino G, mistä minun nähdäkseni
seuraa että jääkimpale nousee korkeammalle vedenpintaan nähden, mikä on
edelleen pois veden tilavuudesta, ja näinollen veden pinta laskee.
Mitä tulee opettajan ja Tuomas Jokisen väitteisiin ja perusteluihin,
todettakon että ne ovat päin helvettiä.
Opettajan väite ja peruste ovat ristiriidassa keskenään: Laskee, koska
ilmakin painaa ja näin jää painuu enemmän veden alle kuin se normaalisti
painuisi.
Tässä ei ole mitään järkeä, koska jos kappale upotetaan veteen, niin toki
veden pinta nousee. Minä en rupea tät selittämään, sen saa jokainen itse
tutkia vesilasin ja kiven kanssa. Jos lasiin laittee kiven, nouseeko pinta
vai ei? Siispä: jos jää kerrän painuu syvemmälle, niin veden pinta nousee.
TJ:n väite on myös ristiriitainen perustelujen kanssa: Nousee, koska
ilmakupla aiheuttaa nosteen ja jää on enemmän vedenrajan yläpuolella kuin se
normaalisti olisi.
Tämäkin on järjetön väite, sillä jos nostamme samaisen kiven, joka edellä
pudotimme lasiin, lasista jälleen pois, niin kyllä veden pinta lasissa
laskee. Edelleenkin: jos jääpala nousee vedestä, niin mikä ihmeen vetovoima
nostaa vedenpintaa ylöspäin? Päinvastoin, se laskee alemmaksi.
Lopputuloksena voin sanoa, että Opettajan vastaus oli oikein, Tuomas Jokisen
perusteluiden perusteella. Oletettavaa on, etteivät kumpikaan henkilöistä
ole todella perillä fysiikasta, tai sitten kirjoittajalle on sattunut
ajatusvirhe. Tämä oli todella mielenkiintoinen ajatusleikki ja virkisti
mieltä suunnattomasti.
MOT
Korjatkaa ihmeessä jos olen väärässä.
--
_ _
______/(.)(.)\_______________________________
Kimmo "Soulman" Laine kklaine at surfeu.fi
http://members.surfeu.fi/kklaine/main.html
"My God, it's full of stars!" - David Bowman
> hmm... ei käsittääkseni yhtään mitään, ellei poraamisesta tullutta
> jääsilppua oteta huomioon.
> ilmamassa, joka on ilmakuplassa, painaa silti samalla voimalla palaa. Voima,
> jolla ilmamassa painaa jäätä
> riippuu myös palan geometrisesta muodosta.(siis ulkoilman ilmamassa, ei
> ilmakuplan)
No, jos otetaan ilmakuplalta kokonaan katto pois, niin missä vaiheessa
kysessä on kuplallinen jääpala, ja missä vaiheessa vain matala jääpala?
Tuota noin.
Vanha herra Arkhimedes keksi, että kappale syrjäyttää tilavuutensa suuruisen
nestemäärän. Kun jääpala kelluu vedessä, se syrjäyttää sellaisen vesimäärän,
jolla on sama massa kuin jääpalalla. Kun jääpala sulaa ja veden lämpötila
tasaantuu, niin pinnankorkeuden muutos on nolla, sillä jääpala muodostaa
sulaessaan samantilavuuksisen vesimäärän kuin se syrjäytti vapaasti
kelluessaan..
--IK--
--
LGr...@ske.pp.fi
http://personal.eunet.fi/pp/ske/midi/gallery.html
SYNESTESIA Open Source Java code generates music from any pictures
"tuomas jokinen" <tuo...@yahoo.com> kirjoitti
viestissä:a9gqlp$kf1$2...@phys-news1.kolumbus.fi...
Opettaja oli perusteluissakin suht. oikeassa: syrjäytetyn veden massa -
jääkuution massa = ilmakuplan ilman massa.
"Kari Hyvönen" <kari.h...@pp3.inet.fi> kirjoitti
viestissä:FZkv8.404$2l2....@read2.inet.fi...
Jos ottaa ilmakuplan massan huomioon, on sitten paras ottaa huomioon
myös ilmakehän aiheuttama noste.
--
Timo Korvola <URL:http://www.iki.fi/tkorvola>
> Tarkaastelkaamme asiaa seuraavasti:
> Jääpala, jonka sisällä on ilmakupla, ovat tilavuudeltaan yhteensä V.
> Sovitaan vaikkapa, että massasta 30% on ilmaa ja loput 70% jäätä. Tällöin
> niiden kokonaismassa on m = .3*roo(ilma)*V + .7*roo(jää)*V (roo siis veden
> ja jään tiheys). Ilmakuplan sijainti ei käsittääkseni vaikuta nosteen
> määrään, koska ainoastaan niiden kokonaismassa ja tilavuus (osasta joka on
> veden alla) vaikuttaa nosteen suuruuteen.
... itse asiassa koko ilmakupla ei vaikuta tilanteeseen mitään, väitän
minä.
Tarkastellaan tilannetta ensin helppouden vuoksi tyhjiössä, siis siten,
että palan sisällä on tyhjiökupla ja vesi on myös tyhjiössä. Fysikaalisesti
tässä tilanteessa ei ole järkeä, mutta toimii kuitenkin miettimisen
alkuna.
Jääpala syrjäyttää vesimäärän, jonka massa on sama kuin jääpalan massa.
Kun jää on sulanut, se tuottaa yllättäen sellaisen vesimäärän, jonka
massa on sama kuin jääpalan massa. Niinpä siis veden pinnalle ei
tapahdu yhtään mitään, kun jääpala sulaa. Jos jääpalassa onkin sitten
kupla jossain, silläkään ei ole mitään merkitystä, koska se ei vaikuta
jääpalan syrjäyttämään vesimäärään. Tätä varten kyselin tuota reiän
poraamista siihen kuplaan; kupla on ihan vain hämäystä.
Entäpä sitten tilanteessa, jossa onkin ilmaa tyhjiön tilalla? Kuplan
osalta tilanne ei muutu. Kupla kyllä lisää jääpalan tilavuutta, mutta
tällöin myös ilman jääpalaan tuottama noste kasvaa tasan saman verran.
Syrjäytetyn veden määrä ei siis muutu, kuin ei muutu myöskään jääpalassa
olevan veden määrä.
Täällä jo aikaisemmin esitettiin oikea vastaus... Sen mukaan veden
pinta nousee hiukkasen. Syynä tähän on se, että myös ilma kannattelee
tuota jääpalaa nosteellaan hiukkasen. Niinpä jääpala itse asiassa
syrjäyttää massansa verran vettä ja ilmaa. Toisaalta jääpala kyllä
ui melkoisen syvällä, ja tiheyksien ero on luokkaa 1:1000, joten
tuo "ylimääräinen" vesimäärä on luokkaa 1/10000 jääpalan sisältämästä
vesimäärästä.
Kupla ei siis vaikuta tilanteeseen mitään niin kauan kuin kuplan sisältämä
kaasu on tiheydeltään samaa kuin ympäröivä kaasu. Käytännössä vastus
on siis kummassakin tapauksessa (kuplalla tai ilman) se, että veden
pinta ei muutu. Teoriassa veden pinta nousee hitusen.
"Timo Korvola" <tkor...@e.math.helsinki.fi> kirjoitti
viestissä:m3ofghj...@e.math.helsinki.fi...
> Jääpala oli astiassa, ilmakehän noste vaikuttaa astiaan kokonaisuutena. =>
> ei vaikutusta veden pintaan astiassa.
Ilmakehän noste vaikuttaa jääpalan pinnan yläpuolella olevaan osaan.
Jos jääpalassa on isompi ilmakupla, palaa on vastaavasti enemmän pinnan
yläpuolella, jolloinka noste kumoaa kuplassa oelvan ilman massan.
>>Kupla ei siis vaikuta tilanteeseen mitään niin kauan kuin kuplan sisältämä
>>kaasu on tiheydeltään samaa kuin ympäröivä kaasu. Käytännössä vastus
>>on siis kummassakin tapauksessa (kuplalla tai ilman) se, että veden
>>pinta ei muutu. Teoriassa veden pinta nousee hitusen.
>
>Jos noin pientä eroa lähdetään hakemaan niin eikös myös veden
>lämpötila hieman laske jään sulaessa sinne, jolloin veden tilavuus
>pienenee?
Niin ja sitten on tietysti haihtuminen. Sen voi tosin välttää
jos yläpuolella oleva ilma on täysin kyllästynyttä mutta sitten
osa ilmassa olevasta kosteudesta tiivistyy jääkiteen pinnalle
ja suoraan veteen. Mutta kaipa haihtumisen ja tiivistymisen
saa tasapainoon. :-)
--
Timo Nousiainen
Finnish Meteorological Institute
Geophysical Research
P.O. Box 503
FIN-00101 Helsinki
FINLAND
Ja muistetaan sitten, että vesi on tiheintä +4 Celsius -lämpötilassa.
--
Mr. Mikael Holm, e-mail: mikael.holm(a)lut.fi
Student at Lappeenranta University of Technology, www.lut.fi/~holm/
GSM +358505862479, snailmail: Korpraalinkuja 1 as. 218, FIN-53810 LAPPEENRANTA
"nykyään on näitä playstation-riippuvaisia" - ministeri maija perho 27.11.2001
> Jos noin pientä eroa lähdetään hakemaan niin eikös myös veden
> lämpötila hieman laske jään sulaessa sinne, jolloin veden tilavuus
> pienenee?
Tai sitten ei. Riippuu veden alku- ja loppulämpötiloista.
Ihan totta, tuo 1/1000 ero on puhdasta pilkunviilausta, mutta
sisällytin sen sinne, kun täällä ruvettiin puhumaan ilmakuplan
massasta.
Käytännön vastaus on tietysti se, että kupla tai ei, se jään
sulmainen mihinkään sitä vedenpintaa muuta, kun setä
Arkhimedes pitää sen paikallaan. (Kelluvan kappaleen syrjäyttävän
nestemäärän paino on sama kuin kappaleen paino.)
Otitko laskuissasi huomioon myös ympäröivän ilman aiheuttaman nosteen;
nosteestahan tässä on koko ajan kysymys? Jos ilmakuplassa oleva ilma on
samantiheyksistä kuin ympäröiväkin ilma, siihen kohdistuu sen omaa
massaa vastaava noste. Ilmakupla on siis virtuaalisesti painoton.
-- (A would-be signature delimiter of OE)
Raimo Suonio, Helsinki, Finland
http://www.nic.fi/%7Ersuonio/
Oikeinkirjoitusohjeita news- ja web-kirjoittajille:
http://www.nic.fi/%7Ersuonio/oikeinkirjoitus/
>
> Otitko laskuissasi huomioon myös ympäröivän ilman aiheuttaman nosteen;
> nosteestahan tässä on koko ajan kysymys? Jos ilmakuplassa oleva ilma on
> samantiheyksistä kuin ympäröiväkin ilma, siihen kohdistuu sen omaa
> massaa vastaava noste. Ilmakupla on siis virtuaalisesti painoton.
Ota pulloa pistä siihen hyvä venttiilitulppa ja mittaa paino.
Seuraavaksi puppaa tullo tyhjäksi ilmasta ja mittaa paino.
Väittämäsi mukaan ei ko. tapauksessa ei pitäisi olla painoeroa, mutta
kumminkin on...
--
-MR-
Tarkistapa tietosanakirjasta mitä tarkoittaa _virtuaalisesti_ _painoton_.
Eikö se pullo kevene sen pois pumpatun ilman massan verran, kun ilman noste
pulloon kasvaa?
--IK--
Erehdyt. Siis siitä, mitä väittämästäni seuraa. Tyhjöllä pullon
sisällä on *virtuaalinen* negatiivinen paino. Se siis pyrkii nousemaan
ylöspäin. Ja keventää vastaavasti ulkoisesti punnittua pulloa.
Kun sinä sukellat veden alle keuhkot sopivan tyhjinä, sinäkin olet
siellä veden alla *virtuaalisesti* painoton. Etkö olekin?
> Mika Ristolainen kirjoitti viestissä <3CBF01B...@kolumbus.fi>...
>
>>Ota pulloa pistä siihen hyvä venttiilitulppa ja mittaa paino.
>>
>>Seuraavaksi puppaa tullo tyhjäksi ilmasta ja mittaa paino.
>>
>>Väittämäsi mukaan ei ko. tapauksessa ei pitäisi olla painoeroa, mutta
>>kumminkin on...
>>
>
> Erehdyt. Siis siitä, mitä väittämästäni seuraa. Tyhjöllä pullon
> sisällä on *virtuaalinen* negatiivinen paino. Se siis pyrkii nousemaan
> ylöspäin. Ja keventää vastaavasti ulkoisesti punnittua pulloa.
>
> Kun sinä sukellat veden alle keuhkot sopivan tyhjinä, sinäkin olet
> siellä veden alla *virtuaalisesti* painoton. Etkö olekin?
Ilm. jotain multa menee ohi ja lujaa (saataa johtua siitä, että
opiskeluvuosista on jo aikaa...). Mutta kysessähän on suljettu systeemi,
eli se pullo, jossa korkki. Ymmärtäisin, jos sitä korkkia ei olisi.
Ei kaivataan sitä kuulua rautalankaa - tällä kertaa ruostumatonta, niin
ei pääse taidot ruostumaan ;-)
--
-MR-
Ruostumatonta lankaa yleisön pyynnöstä...
Pullo on ilmassa, OK?
Pullon kuori syrjäyttää tilavuutensa verran ilmaa, OK?
Ilma on nesteen kaltaista, sillä on nollasta poikkeava tiheys, OK?
Pullon kuoreen vaikuttaa Arkhimedeen lain mukainen ilman aiheuttama noste,
OK?
Pullon korkin ollessa auki ilman paine sisällä ja ulkona on sama, OK?
Pullon sisällä olevaan ilmaan ilman aiheuttama noste on sama kuin pullon
sisällä olevan ilman massa, OK?
Pullon sisällä oleva ilma poistetaan, jollloin se korvautuu tyhjöllä, jonka
massa on nolla, OK?
Pullon tyhjä sisus syrjäyttää edelleen tilavuutensa suuruisen ilmamäärän,
mistä seuraa Arkhimedeen lain mukainen ilman aiheuttama noste, joka voidaan
havaita pullon kevenemisenä, OK?
Samma jääpalan kuplille, jos ne ovat jäätyneet vallitsevassa ilman
paineessa, OK?
Pinta ei muutu, ellei halota hiuksia veden lämpötilan muutoksien
aiheuttamalla veden lämpölaajenemisilla, eli on oletettava lähtötilanteessa
veden lasissa olevan nolla-asteista Celsiusta.
--IK--
> Otitko laskuissasi huomioon myös ympäröivän ilman aiheuttaman nosteen;
> nosteestahan tässä on koko ajan kysymys? Jos ilmakuplassa oleva ilma on
> samantiheyksistä kuin ympäröiväkin ilma, siihen kohdistuu sen omaa
> massaa vastaava noste. Ilmakupla on siis virtuaalisesti painoton.
Mutta jos kupla on alhaalta avoimessa onkalossa puristaa hydrostaattinen
paine kuplaa jolloin sen tiheys on ympäröivää ilmaa suurempi. Suljetussa
tilassa olevan kuplan tiheys taas riippuu siitä, missä tilassa se on ollut
kun ympäröivä neste on jäätynyt jos jää kestää paine-eron muodonmuutoksitta.
Juu, ja kuplan lämpötila/ympäristön lämpötila tietty. Ja kaikki muut
mahdolliset saivartelut :)
Ilmakupla jäätyvän jään sisällä on nolla-asteinen. Suhteellinen kosteus
100%. Kun jääpala kelluu vedessä, veden pinnalla on lämpötila noin nolla
astetta, ja suhteellinen kosteus on noin 100%. Myös jään
lämmönjohtavuudesta johtuen sen lämpötila on läpeensä noin nolla. Samat
olosuhteet.
Riitaan on siis saatu diplomaattisesti erinomainen ratkaisu: kumpikin
oli väärässä.
-- Lassi
--IK--
> Seuraavaksi puppaa tullo tyhjäksi ilmasta ja mittaa paino.
>
> Väittämäsi mukaan ei ko. tapauksessa ei pitäisi olla painoeroa, mutta
> kumminkin on...
Tässä on ero. Jääkuutiossa olevan ilman tiheys on olennaisesti sama
kuin ympäröivän ilman, jolloin ympäröivän ilman jääkuutioon kohdistama
noste kasvaa samaa tahtia kuplan koon kanssa. Suurempi kupla tekee
suuremman pinnan yläpuolella olevan osan kuutiosta, jolloin kuutioon
kohdistuu suurempi noste.
Esittämässäsi tapauksessa pullossa olevan kaasun ja ympäröivän ilman tiheys
on eri. Yritäpä mieluummin sitä, että punnitset osittain vedellä täytetyn
pakastepussin eri ilmamäärillä (sama vesimäärä). Muuttuuko vaa'an näyttämä?
>>>Mika Ristolainen kirjoitti viestissä <3CBF01B...@kolumbus.fi>...
>>>
>>Ei kaivataan sitä kuulua rautalankaa - tällä kertaa ruostumatonta, niin
>>ei pääse taidot ruostumaan ;-)
>
> Ruostumatonta lankaa yleisön pyynnöstä...
>
> OK? OK? OK? OK? OK? OK? OK? OK? OK?
Riitävän monen ruostumattoman OK:n jälkeen _tietysti_ OK :-)
--
-MR-
Se oli meillä käytettyä haponkestävää... :-)
--IK--
Ilkka Karaila wrote:
> Osaatko mitata tuon suuruisen vedenpinnan korkeuden muutoksen vesilasissa?
> :)
Hmm.. täytyisi varmaankin toimittaa Mikesiin mitattavaksi ;-)