Ennenvanhaan halkaistiin kiviä poraamal reikä ja täyttämäl se vedel kun vesi jääty kivi halkesi.
Semmonen kysymys kuinka kovan voiman/paineen veden jäätyminen aihauttaa?
Kestääkö mikään materiaali sitä?
Semmonen kysymys kuinka kovan voiman/paineen veden jäätyminen aihauttaa?
Kestääkö mikään materiaali sitä?
Vastaukset 15
Vanhimmat
samaan aiheeseen. Miten vesi käyttäytyy, kun lämpötila laskee lähelle absoluuttista nollapistettä, mutta tilavuuden ei anneta kasvaa?
Kyseiseen, ja moneen muuhun veteen liittyvään kysymykseen saa vastauksen täältä (jos vain kolmas kotimainen sujuu):
http://www.lsbu.ac.uk/water/index.html
Tuosta on vaikea antaa yleispätevää voimaa, mutta esimerkin vuoksi esimerkki luistimen alla syntyvästä vesipatjasta. Jos luistelija on 70kg ja luistimen pohjan pinta-ala on 0,1cm², niin vesi sulaa paineen vaikutuksesta vielä -5 C:ssä.
Paine on siis tuossa tapauksessa 6,9*10^7 N/m²
Kallionkolossa paine riippuu mm. siitä, miten jää pääsee puristumaan pois, mistä jäätyy ensin jne, mutta tuo esimerkki valottanee niitä mahdollisia suuria paineita.
Väittäsin että luistimen kuin luistimen terän pinta-ala on vähintään 1cm^2. Se on eri asia sitten, kuinka suuri osa tosta pinta-alasta osuu kerrallaan jäähän. Mutta tuo sinun 0.1cm^2 lukema vaatii että luistelisi terän etukärjellä.
Se nyt oli ihan hatusta heitetty luku, mutta oletko nähnyt yhtäkään hokkaria, jossa koko pohja osuu kerralla jäähän? Ja onko se todella ihan eri asia tässä?
Jos kysymyksessä on taitoluistin (muoto kuin keinutuolin jalka) ja luistelaan sisä- tai ulkoterällä (kuten suurin osa ajasta luistellaan), niin pinta-ala voisi olla jopa vielä pienempi kuin 10 mm^2.
Reiässä olevan veden jäätymisen ja laajenemisen aiheuttama voima riippuu aivan ympärillä olevan rakenteen jäykkyydestä. Jos rakenne on jäykkä, voima kasvaa suureksi, jos taas rakenne on joustava paine voi jäädä hyvinkin alhaiseksi.
Jos vesi jäätyy esimerkiksi muoviämpärissä, niin ämpäri harvoin rikkoontuu. Keraaminen astia taas rikkoontuu lähes aina. Tässä tietysti vaikuttaa paitsi aineen kimmoisuus, myös sen lujuus ja sitkeys. Tuossa edellä tulikin esimerkit sekä sitkeästi että hauraasti käyttäytyvästä aineesta.
Näin ollen ei voida sanoa mitään varmaa syntyvästä paineesta tai rakenteen rikkoontumisesta, jollei tunneta materiaalia ja sen ominaisuuksia, sekä rakennetta ja sen geometriaa.
Kivestä tosin voi sanoa sen verran, että se rikkoontuu veden jäätymisen aiheuttamien vetojännitysten alaisena erittäin herkästi, koska se on sisäisten säröjensä takia hyvin hauraasti käyttäytyvää.
Etsiskelin hieman lukuarvoja ja ensilaskemalta (en ole tarkistanut lähteitä) vaikuttaa, että täysin jäykän rakenteen suljettuun onkaloon jäätynyt vesi aiheuttaisi suuruusluokaltaan yhden gigapascalin (10^9 N/m^2)jännityksen. Tämä on samaa luokkaa kuin lujien terästen myötöraja.
Mutta kuten sanottua, mikään rakenne ei ole täysin jäykkä, joten tämä on ylälikiarvo. Lisäksi jää käyttäytyy varmasti poikkeavasti näissä paineissa, eikä käyttämäni lineaarimalli anna täten oikeita tuloksia. Joka tapauksessa tuossa lienee kuitenkin jännityksen suuruusluokka.
okei, paineen yläraja on 1000 MPa. Rakenneteräs alkaa myötää jossain 350 MPa paikkeilla. Kuvitellaan veden jäätyvän rakenneteräksiseen putkeen. Paikallista myötämistä tapahtuu siis teräksen ja jään rajapinnassa. Mutta mitoitetaan putki niin paksuksi, että myötäminen jää vain paikalliseksi ja että putki kestää paineen 1000 MPa myötämättä ulkoisesti. Pienen laskelmani mukaan putken ulkohalkaisijan ja sisähalkaisijan täytyy olla: D/d = p/R 1 (jossa p = jään tuottama paine ja R on teräksen myötöraja. (pituussunnassa tulee D/d = sqrt(p/R 1), mutta se on pienempi niin sitä ei huomioida)
Lukuarvoilla p = 1000 MPa ja R = 350 MPa tulee D/d = 3,857. Eli ulkohalkaisijaltaan 10cm putken sisähalkaisija saisi olla korkeintaan 2,6cm jotta se kestäisi myötämättä jään paineen (lukuunotaamatta pientä myötöä sisäpinnassa). Ja tulos olisi turvallisella puolella jos 1000 MPa on jäykälle putkelle kohdistuva paine.
Lähes kaikki aineet kestää sen. Kysymys on siitä minkälaiset rakenteet sen kestävät.
tulee siitä kun vesi ensin jäätyi ja sitten kun ilma alkoi lämpenemään myös jää siinä poran reijässä alkoi lämpölaajenemaan silloin vasta kivi halkesi, samoin käy esim teräsputkelle ei halke jäätyessä vaan sitten vasta kun alkaa lkämpenemään =sulamaan.
Meillä varmaan on erilainen kokemus ja näkemys vesiastioiden jäätymisestä ja särkymisestä, sillä minun havaintojeni mukaan astiat ovat särkyneet jo niissä olleen veden jäätyessä.
Veden laajeneminen jäätyessään on aivan eri luokkaa kuin jään lämpölaajeneminen. Jäätyessään veden tilavuus kasvaa noin 11 prosenttia. Jään tilavuudenlaajenemiskerroin nollan celsiusasteen tienoilla on taas noin 155*10^(-6)/K.
Mainituista arvoista laskien jään pitäisi lämmetä yli 700 astetta, ennen kuin se laajenisi tuon 11 prosenttia.
Tällä perustalla väitän, että jo veden jäätyminen rikkoo yleensä ympäristönsä. Siinä olet oikeassa, että putket, joissa vesi virtaa ennen jäätymistään, rikkoontuvat yleisimmin kertomallasi mekanismilla, mutta niissä jäätyminen tapahtuukin hieman toisin.
Muistelen jostakin kuulleeni, että jään laajenemista olisi ennen käytetty jotenkin hyväksi pilvenpiirtäjätalojen oikaisemisessa. Onkohan tässä mitään perää ja miten tuo käytännössä olisi tehty? Jos tällainen tunkkauslaite olisi olemassa, millainen voima siitä olisi saatavissa?
Eteläänkin on luvassa niin huimia pakkasia ettei kannata unohtaa kossupulloa yöksi parvekkeelle.
Kossupullo+jäätyy+jo+pakastimen+noin+-18+℃:ssa.+Kokeiltu+on.