Lidl vesipullo

Vesi tulee hanasta ja sähkö töpselistä.

Toisella pakastuskerralla pullistui selvästi enemmän. Nyt tuli selvästi soikea eli halkaisija vaihteli 92-95,5 mm välillä samalta korkeudelta mitattuna. Pullon korkeus korkin päälle mitattuna kasvoi 322->325 mm eli hyvin vähän. Nyt tuo pullistuminen oli jo suurempaa kuin tiheysero edellyttää eli joku muu kohta ei pullistunut yhtä paljon.

Tunnin sisälläolon jälkeen soikeus oli hävinnyt ja halkaisija 93 mm. Jää on sulanut ulkoa ja keskellä olevaa jääköntti heiluu muutaman millin. Puristelemalla tuntee, että pullossa on reilusti painetta (en ole avannut korkkia), mutta joko kohdasta saa sormella painettua kuopan eli vesivaippa on jo muodostunut. Voimaa tarvitsee selvästi enemmän kuin testin alussa pelkällä vedellä.

Tuostahan oli jo puhetta tuon toisen otsikon alla. Tässä on veden faasidiagrammi: https://en.wikipedia.org/wiki/Ice#Phases

Vesi ei voi siis olla nesteenä, jos se on kylmempää kuin 251 K eli -22 C. Tuo piste löytyy 210 MPa eli 2100 bar kohdalta. Sitä suurempi paine ei auta. Jotta jäätymispiste laskisi merkittävästi alle nollan, pitäisi painetta olla ainakin 10 MPa eli 100 bar.

Vesipullo ei taatusti kestä edes 100 bar. Tuossa minun puollon 90 mm halkaisijalla 100 bar aiheuttaisi 900 kN voiman metrin korkuisena. PET-pullojen seinämä lienee n. 0,2 mm paksu ja PETin murtolujuus on n. 75MPa. Metrin korkeudella siis kaksi seinämää kestää siis vain n. 30 kN, mikä vastaa vain 3 bar painetta.

Tarkistin vielä tuon paksuuden suurusluokan. Tuo 1,5 l pullo painoi 35 g. Jos pullo olisi vain 90 mm sylinteri, sen korkeus olisi 24 cm. PETin tiheys on 1380 kg/m3. Noilla laskemalla painoksi olisi tullut 22 g. Selväsi sylinteristä poikkeva muoto (pullon korkeus 32,2 cm) selittänee painoeron suurelta osin, mutta saattaa seinämä olla lähes 0,25 mm.

Sitten PETin lämpölaajeneminen on 7 e-5 1/K ja kimmomoduli 3000 MPa. Ympärysmitta kasvaa halkaisijan suhteessa eli mitatuista halkaisijoista laskien kuori oli venynyt 1,9%. Tuo vastaisi 270 K lämpötilaeroa, joten sen voi unohtaa. Kimmomodulin perusteella voimaksi tulisi 58 MPa eli lähellä murtolujuutta ja edellä laskettua painetta. Murtovenymät ovat kyllä suuria, joten sitä ei olla lähelläkään.

PET-filmille mainitaan myös merkittävästi suurempia 150-200 MPa lujuuksia, joten saattaa kestääkin n. 6 bar.

Pullossa oleva kokoon puristunut ilma voi hyvinkin aiheuttaa ison posauksen. Mikään kaupasta ostettu pullo harvoin on täytetty piripintaan.

Jäätyessään tilavuus muuttuu niin vähän ettei sillä ole juurikaan merkitystä ilman puristumiseen.