a. Ilmanpainetutkimuksia

Ilma on kaasujen seos. Pääosa, 78 %,  ilmasta on typpeä ja 21 % on happea. Maapalloa ympäröi ilmakehä. Ilmakehä aiheuttaa maan pinnalle ilmanpaineen.

Tehtävänanto

Ilmanpaineen vaikutuksia selvitetään usean pienen tutkimuksen avulla. Valitse tutkimuksista ne, jotka ovat mielestäsi kiinnostavimpia tai tee ne kaikki. Tee tutkimuksistasi työselostukset. Ohje selostuksen laatimiseen löytyy seuraavasta osiosta.

Työ A Ilmapallo pullossa

Välineet

  • ilmapallo
  • muovipullo
  • harppi tai muu väline pienen reiän tekemiseen

Työohje

  • Tee pulloon pieni reikä esimerkiksi harpilla. Tee reiästä sen kokoinen, että saat suljettua sen sormellasi.
  • Viritä ilmapallo pullon suulle kuvan osoittamalla tavalla.

  • Puhalla palloon ilmaa ja sulje samaan aikaan pullossa oleva reikä sormella.
  • Mitä havaitset?
  • Pohdi selitystä ilmiölle.

Tietoa
Jos limsapullo on kovaa materiaalia, ilmapallo pysyy pullon sisällä täytenä. Ilmapallon ja limsapullon väliin muodostuu alipaine, mikä pitää pallon muodossaan. Jos limsapullon seinät ovat ohuet, ulko- ja sisäpuolen välinen paine-ero rutistaa limsapullon.

Työ B Uutiset ylös

Välineet

  • aukeama sanomalehdestä
  • viivoitin

Työohje

  • Laita viivoitin pöydän reunalle siten, että noin puolet siitä on pöydällä ja puolet pöydän ulkopuolella.
  • Aseta kahtia taitettu sanomalehden aukeama pöydällä olevan viivoittimen osan päälle.
  • Nosta lehden aukeamaa painamalla viivoitinta.
  • Toista koe siten, että avaat lehden aukeaman kokonaan.
  • Vertaile nostamiseen tarvittavaa voimaa molemmissa tilanteissa.
  • Mitä havaitset?
  • Pohdi selitystä ilmiölle.

Tietoa

Sanomalehden päällä oleva ilma painaa lehteä alaspäin. Tämän vuoksi sanomalehden nostaminen viivoittimella on raskasta. Sanomalehden alla on pienempi ilmanpaine kuin sanomalehden päällä. Kun ilmaa pääsee sanomalehden alle, paine-erot tasoittuvat ja nostaminen helpottuu.

Työ C Paperikansi

Välineet

  • muovinen kertakäyttömuki tai juomalasi
  • paperiarkki
  • vettä

Työohje

  • Täytä muovinen kertakäyttömuki tai juomalasi vedellä.
  • Laita paperiarkki mukiin kanneksi.
  • Pidä kantta kädellä paikallaan ja käännä lasi ylösalaisin.
  • Mitä havaitset?
  • Pohdi, miten ilmiö liittyy ilmanpaineeseen.

Tietoa

Mukin ulkopuolella oleva ilma puristaa kantena toimivaa paperiarkkia kiinni mukiin. Kun muki käännetään ylösalaisin, paperiarkki pysyy paikallaan ja vesi pysyy mukissa. Mukin sisällä kantta painavat alaspäin veden paino ja mukin sisäpuolella olevan ilman työntävä voima. Mukin ulkopuolella olevan ilman puristava voima on kuitenkin yhtä suuri. Siksi paperiarkki pysyy paikallaan.

Työ D Paperitollo mukissa

  • juomalasi
  • paperipyyhe
  • iso vesiastia
  • vettä

Työohje

  • Täytä iso astia vedellä.
  • Ota juomalasi ja painele paperipyyhe sen pohjalle siten, että se ei putoa, vaikka käännät lasin ylösalaisin.
  • Paina sitten juomalasi ylösalaisin veden alle.
  • Pidä lasi pinnan alla vähän aikaa, ennen kuin nostat sen varovasti ylös.
  • Tutki paperipyyhettä.
  • Mitä havaitset?
  • Pohdi selitystä ilmiölle.

Tietoa

Lasissa olevan ilman paine ei päästä vettä lasiin vaikka se on veden alla. Siksi paperipyyhe pysyy kuivana.

Työ E Tölkin rutistus

Työ on suoritettava aikuisen kanssa.

Välineet

  • tyhjä alumiininen juomatölkki
  • kaasupoltin + tulitikut tai kuumennuslevy
  • vesiastia
  • upokaspihdit tai patakintaat
  • suojalasit

Työohje

  • Täytä iso vesiastia kylmällä vedellä.
  • Laita tyhjän juomatölkin pohjalle vähän vettä.
  • Sytytä kaasupoltin tai laita kuumennuslevy päälle.
  • Lämmitä tölkkiä niin, että tölkin pohjalla oleva vesi kiehuu ja tölkin aukosta tulee vesihöyryä.
  • Upota sitten tölkin suuaukko salamannopeasti kylmään veteen. Käytä upokaspihtejä tai patakinnasta.
  • Pohdi selitystä ilmiölle.

Tietoa

Tölkin sisällä oleva ilma on veden kiehuttamisen johdosta hyvin lämmintä. Kun tölkki käännetään ylösalaisin kylmään veteen tölkin sisällä oleva ilma jäähtyy nopeasti. Jäähtyneen ilman ilmanpaine laskee rajusti. Tölkin ulkopuolella oleva ilma rutistaa tölkin kasaan.

Työ F Kananmuna pulloon

Työ on suoritettava aikuisen kanssa.

Välineet

  • keitetty ja kuorittu kananmuna tai vesi-ilmapallo
  • lasipullo, jossa on leveä suuaukko
  • tulitikut
  • paperia

Työohje

  • Sytytä paperinpala ja laita se palamaan lasipullon sisään.
  • Aseta kananmuna pullon suuaukon päälle
  • Odota hetki. Mitä tapahtuu?
  • Pohdi selitystä ilmiölle.

Tietoa

Pullossa tapahtuva palamisreaktio kuluttaa lasipullon sisällä olevan hapen. Palamisreaktiossa syntyneiden kaasujen tilavuus on huomattavasti pienempi kuin pullossa alun perin olleen (palamiseen tarvitun) hapen. Pulloon syntyvä ilmanpaine on pienempi kuin pullon ulkopuolella. Pullon ulkopuolisen ilman paine työntää kananmunan pulloon.