Veden kovuudesta

Kuinka käyttäytyy ontto teräskuula jonka ulkotila-
vuus on 1 litra ja se on porattu niin, että paino
on 1010grammaa. Jos kuula asetetaan veden pinnalle,
alkaa se vajota mutta kuinka syvälle? Veden tiheys-
hän kasvaa paineen kasvaessa? Jos veden tiheys nou-
sisi 1 % jäisi kuula Arkhimedeen lain mukaan kellu-
maan jollekin etäisyydelle pinnasta, eikö???

Frank Einstein kirjoitti:

Kuinka käyttäytyy ontto teräskuula jonka ulkotila-
vuus on 1 litra ja se on porattu niin, että paino
on 1010grammaa. Jos kuula asetetaan veden pinnalle,
alkaa se vajota mutta kuinka syvälle? Veden tiheys-
hän kasvaa paineen kasvaessa? Jos veden tiheys nou-
sisi 1 % jäisi kuula Arkhimedeen lain mukaan kellu-
maan jollekin etäisyydelle pinnasta, eikö???

Käsittääkseni pysyy määrätyssä syvyydessä,Näinhän sukellusve pysyy esim.sadassa metrissä tekemättä mitään.

Frank Einstein kirjoitti:

Kuinka käyttäytyy ontto teräskuula jonka ulkotila-
vuus on 1 litra ja se on porattu niin, että paino
on 1010grammaa. Jos kuula asetetaan veden pinnalle,
alkaa se vajota mutta kuinka syvälle? Veden tiheys-
hän kasvaa paineen kasvaessa? Jos veden tiheys nou-
sisi 1 % jäisi kuula Arkhimedeen lain mukaan kellu-
maan jollekin etäisyydelle pinnasta, eikö???

Jos teräskuulan massa on 1010g, on sen tilavuus n. 0,143dm³. Hiiliteräksen tiheys on nimittäin noin 7,8kg/dm³. Arkhimedeen lain(vai mikälie laki olikaan) mukaan noste on yhtäsuuri kuin kappaleen surjäyttämän tilavuuden paino. Jotta teräskuula kelluisi, täytyisi veden tiheyden olla suurempi tai yhtäsuuri kuin teräksen. Normaalipaineessa veden tiheys on n. 1,0kg/dm³; litran normaalipaineista vettä täytyisi siis puristua 0,128 litraksi rankasti paineistettua vettä. Tällöin veden pitäisi puristua 87,2% alkuperäisestä tilavuudesta. Tällöin jos veden "puristusmoduuli" on Jäärän painitsema 0,5GPa = 500 N/mm² = 5000bar tulee paineeksi:
p = 5000bar * 0,872 = 4360bar. Paineen täytyisi siis olla noin 4400 "ilmakehää". (Toisaalta tuo 87,2% on jo niin suuri tilavuuden muutos, että vesi tuskin käyttäytyy lineaarisesti siihen asti)
Kuitenkin jos paine muuttuu vedessä maan vetovoimakentässä noin 1bar/10m täytyisi veden olla noin 44000m = 44km syvä jotta 4400bar paine saavutettaisiin.

Laskin, että teräksen puristusmoduuli on noin 167GPa (paine jaettuna suhteellisella tilavuuden muutoksella; käytin teräksen kimmomoduulina 200GPa suuntaansa ja poissonin vakiona 0.3). Hydrostaattisen paineen alaisenahan kappaleessa ei esiinny leikkausjännityksiä, jos vesi ympäröi kappaletta joka ulkoreunalta. Eli vesi puristuu noin 330 kertaa enemmän kuin teräs samalla hydrostaattisella paineella. Meniköhän nyt ihan oikein?

gfdhtr kirjoitti:

Jos teräskuulan massa on 1010g, on sen tilavuus n. 0,143dm³. Hiiliteräksen tiheys on nimittäin noin 7,8kg/dm³. Arkhimedeen lain(vai mikälie laki olikaan) mukaan noste on yhtäsuuri kuin kappaleen surjäyttämän tilavuuden paino. Jotta teräskuula kelluisi, täytyisi veden tiheyden olla suurempi tai yhtäsuuri kuin teräksen. Normaalipaineessa veden tiheys on n. 1,0kg/dm³; litran normaalipaineista vettä täytyisi siis puristua 0,128 litraksi rankasti paineistettua vettä. Tällöin veden pitäisi puristua 87,2% alkuperäisestä tilavuudesta. Tällöin jos veden "puristusmoduuli" on Jäärän painitsema 0,5GPa = 500 N/mm² = 5000bar tulee paineeksi:
p = 5000bar * 0,872 = 4360bar. Paineen täytyisi siis olla noin 4400 "ilmakehää". (Toisaalta tuo 87,2% on jo niin suuri tilavuuden muutos, että vesi tuskin käyttäytyy lineaarisesti siihen asti)
Kuitenkin jos paine muuttuu vedessä maan vetovoimakentässä noin 1bar/10m täytyisi veden olla noin 44000m = 44km syvä jotta 4400bar paine saavutettaisiin.

Laskin, että teräksen puristusmoduuli on noin 167GPa (paine jaettuna suhteellisella tilavuuden muutoksella; käytin teräksen kimmomoduulina 200GPa suuntaansa ja poissonin vakiona 0.3). Hydrostaattisen paineen alaisenahan kappaleessa ei esiinny leikkausjännityksiä, jos vesi ympäröi kappaletta joka ulkoreunalta. Eli vesi puristuu noin 330 kertaa enemmän kuin teräs samalla hydrostaattisella paineella. Meniköhän nyt ihan oikein?

Noissa jäärän luvuissa olikin 0,46 GPa^(-1), eli suhteellinen tilavuuden muutos jaettuna paineella. Tällöin siis "puristusmoduliksi" tulee 1/0,46 = 2,17 GPa eli paine jaettuna suhteellisella tilavuuden muutoksella. Tällöin Tarvittava paine vain kasvaa:
tarvitaan noin 19000bar:n paine halutun tilavuuden muutoksen aikaansaamiseksi, jolloin veden syvyyden täytyy olla 190km.

Vesi puristuisi siis nyt 77 kertaa enemmän samalla hydrostaattisella paineella kuin teräs.

Frank Einstein kirjoitti:

Kuinka käyttäytyy ontto teräskuula jonka ulkotila-
vuus on 1 litra ja se on porattu niin, että paino
on 1010grammaa. Jos kuula asetetaan veden pinnalle,
alkaa se vajota mutta kuinka syvälle? Veden tiheys-
hän kasvaa paineen kasvaessa? Jos veden tiheys nou-
sisi 1 % jäisi kuula Arkhimedeen lain mukaan kellu-
maan jollekin etäisyydelle pinnasta, eikö???

Ongelma menee kohtuullisen hankalaksi, jos veden ja onton teräspallon kokoonpuristuvuudet otetaan huomioon.

Hydrostaattinen paine, ja sen seurauksena veden tiheys, ei nimittäin enää ole lineaarinen syvyyden funktio, mikäli veden kokoonpuristuvuus otetaan mukaan. Lisäksi kokoonpuristuvuuskaan ei ole täysin riippumaton paineesta.

Teräspallon kokoonpuristuvuus tulee laskea vielä paksun kuoren teorian avulla, sillä sen verran suureksi kuulan seinämänpaksuus menee verrattuna sen säteeseen. Lisäksi en ole tarkistanut, ylittyykö teräksen myötöraja jossakin vaiheessa painetta nostettaessa. Jos näin käy, ongelma menee tosi ikäväksi.

Siinä sitä on haastetta amk-opiskelijalle tai teekkarille ratkaista ongelma nämä mainitsemani asiat mukaan lukien. Ei ongelma nyt valtavan vaikea ole, mutta oma aikansa sen ratkaisussa menee.

vanha.jaara kirjoitti:

Ongelma menee kohtuullisen hankalaksi, jos veden ja onton teräspallon kokoonpuristuvuudet otetaan huomioon.

Hydrostaattinen paine, ja sen seurauksena veden tiheys, ei nimittäin enää ole lineaarinen syvyyden funktio, mikäli veden kokoonpuristuvuus otetaan mukaan. Lisäksi kokoonpuristuvuuskaan ei ole täysin riippumaton paineesta.

Teräspallon kokoonpuristuvuus tulee laskea vielä paksun kuoren teorian avulla, sillä sen verran suureksi kuulan seinämänpaksuus menee verrattuna sen säteeseen. Lisäksi en ole tarkistanut, ylittyykö teräksen myötöraja jossakin vaiheessa painetta nostettaessa. Jos näin käy, ongelma menee tosi ikäväksi.

Siinä sitä on haastetta amk-opiskelijalle tai teekkarille ratkaista ongelma nämä mainitsemani asiat mukaan lukien. Ei ongelma nyt valtavan vaikea ole, mutta oma aikansa sen ratkaisussa menee.

paineeksi syvyyden h funktiona sain

p(h) = 2170MPa * [1 - sqrt(1 - ρgh/1085MPa)]

jossa ρ on veden tiheys pinnassa ja g on maan gravitaatiokiihtyvyys. On huomioitava, että h:n täytyy olla pienempi kuin 1085MPa/ρg.

Jos vertaa kaavaani yksinkertaiseen kaavaan p = ρgh:

h=10000m
(ρ=1000kg/m^3)
(g=10000m)
(MPa = 100000Pa)

yksinkertainen kaava: p= 100MPa
johtamani kaava: p = 102,4MPa

h=50000m

yksinkertainen kaava: p= 500MPa
johtamani kaava: p = 576,6MPa

h=80000m

yksinkertainen kaava: p= 800MPa
johtamani kaava: p = 1060MPa

Myös veden suhteelliseksi tilavuuden muutokseksi sain

e = p / 2170MPa

jolloin

h=10000m -> p = 102,4MPa -> e = 4,72%
h=50000m -> p = 576,6MPa -> e = 26,6%
h=80000m -> p = 1060MPa -> e = 48,8%

Tästä voi joku jatkaa. Tai ehkä itsekin sitten joskus. Eihän se näin voi oikeasti mennä sillä tietyssä syvyydessä jonka jo mainitsin tilavuudeksi tulee nolla ja tiheydeksi ääretön. Pitäisi siis ottaa epälineaarinen malli. Mutta eiköhän tämäkin jotenkin päde jos nyt ei paljon yli 50% tilavuuden muutoksen yli mennä ?

fed44 kirjoitti:

Käsittääkseni pysyy määrätyssä syvyydessä,Näinhän sukellusve pysyy esim.sadassa metrissä tekemättä mitään.

Sukellusveneen syvyys säädetään painolastilla. ja jos alus liikkuu niin myös evillä. Ei rauta jää leijumaan maapallolla olevissa merissä.

gfdhtr kirjoitti:

Noissa jäärän luvuissa olikin 0,46 GPa^(-1), eli suhteellinen tilavuuden muutos jaettuna paineella. Tällöin siis "puristusmoduliksi" tulee 1/0,46 = 2,17 GPa eli paine jaettuna suhteellisella tilavuuden muutoksella. Tällöin Tarvittava paine vain kasvaa:
tarvitaan noin 19000bar:n paine halutun tilavuuden muutoksen aikaansaamiseksi, jolloin veden syvyyden täytyy olla 190km.

Vesi puristuisi siis nyt 77 kertaa enemmän samalla hydrostaattisella paineella kuin teräs.

Pieni tarkennus: minä puhuin tapauksesta missä
kuula on ONTTO, siis tilavuus 1 litra ja paino
1010 grammaa. Silloin tilanne muuttuu oleellisesti.
Jotta saadaan kuula ajelehtimaan jossain pinnan
ja pohjan välillä pienennetään kuulan painoa, 1001
grammaa. Teräskuulaa jonka tilavuus on 1 litra
porataan niin paljon, että paino putoaa 1001 gram-
maan, kuinka syvälle vajoaa.

Kuulan muoto lienee lujuusopillisesti edullisin.
Auguste Piccardin Triesten alaosa, se missä hän
ja kaveri olivat, oli pallon muotoinen.

vbkinkinkigfnki kirjoitti:

paineeksi syvyyden h funktiona sain

p(h) = 2170MPa * [1 - sqrt(1 - ρgh/1085MPa)]

jossa ρ on veden tiheys pinnassa ja g on maan gravitaatiokiihtyvyys. On huomioitava, että h:n täytyy olla pienempi kuin 1085MPa/ρg.

Jos vertaa kaavaani yksinkertaiseen kaavaan p = ρgh:

h=10000m
(ρ=1000kg/m^3)
(g=10000m)
(MPa = 100000Pa)

yksinkertainen kaava: p= 100MPa
johtamani kaava: p = 102,4MPa

h=50000m

yksinkertainen kaava: p= 500MPa
johtamani kaava: p = 576,6MPa

h=80000m

yksinkertainen kaava: p= 800MPa
johtamani kaava: p = 1060MPa

Myös veden suhteelliseksi tilavuuden muutokseksi sain

e = p / 2170MPa

jolloin

h=10000m -> p = 102,4MPa -> e = 4,72%
h=50000m -> p = 576,6MPa -> e = 26,6%
h=80000m -> p = 1060MPa -> e = 48,8%

Tästä voi joku jatkaa. Tai ehkä itsekin sitten joskus. Eihän se näin voi oikeasti mennä sillä tietyssä syvyydessä jonka jo mainitsin tilavuudeksi tulee nolla ja tiheydeksi ääretön. Pitäisi siis ottaa epälineaarinen malli. Mutta eiköhän tämäkin jotenkin päde jos nyt ei paljon yli 50% tilavuuden muutoksen yli mennä ?

Johdin muutaman yhteyden tiheyden ja syvyyden välille pitäen kokoonpuristuvuutta vakiona. Tulokseksi sain tiheyden rho riippuvuudelle syvyydestä:

rho = rho0/(1-K*g*roo0*h),

missä rho0 on nesteen tiheys pinnassa, K sen kokoonpuristuvuus, g maan vetovoiman kiihtyvyys ja h syvyys. Tuloksiisi verrattuna tämä antaa 10000 metrissä saman tiheyden, mutta syvemmällä muutamia prosenttiyksiköitä suurempia tiheysarvoja kuin esitit.

Edellisen linearisoinnille sain tuloksen

rho = rho0 K*g*rho0^2*h,

mikä antaa taas jokun prosenttiyksikön esittämiäsi pienempiä arvoja joka pisteessä.

Tosiasiassa myös kokoonpuristuvuus on myös paineen funktio eikä vakio, joten tarkemmassa tarkastelussa tämäkin pitäisi ottaa huomioon.

airfoil kirjoitti:

Sukellusveneen syvyys säädetään painolastilla. ja jos alus liikkuu niin myös evillä. Ei rauta jää leijumaan maapallolla olevissa merissä.

Kyllä jää leijumaan jos sisällä on sopiva määrä ilmaa.Näin myös sukellusveneessä,joka on paikallaan.Esim.rautaämpäri alassuin mereen painettuna jossakin syvyydessä pysyy paikallaan,ja jos painaa lisää menee pohjaan.Sukellusvenettä ei säädetä painolastilla,vaan ilmamäärällä.Meressähän vesi ei paina juuri mitään.

Frank Einstein kirjoitti:

Kuinka käyttäytyy ontto teräskuula jonka ulkotila-
vuus on 1 litra ja se on porattu niin, että paino
on 1010grammaa. Jos kuula asetetaan veden pinnalle,
alkaa se vajota mutta kuinka syvälle? Veden tiheys-
hän kasvaa paineen kasvaessa? Jos veden tiheys nou-
sisi 1 % jäisi kuula Arkhimedeen lain mukaan kellu-
maan jollekin etäisyydelle pinnasta, eikö???

Jos käytössä olisi teräspallon asemasta täysin jäykkä pallokuori (lieneekö nanoputkilla vahvistettua komposiittia?), jonka tilavuus siis säilyy vakiona, niin tasapainotilanne voitaisiin laskea tuolla toisaalla esittämäni veden tiheydenmuutosta kuvaavan yhtälön avulla.

Kokeilin jäykän pallon mallia numeroarvoilla ja pallon yksi prosentti pintavettä suurempi tiheys antoi tasapainosyvyydeksi 2200 m, 5 prosenttia taas 10550 m.

Joustavalle pallolle laskelmat menevät hieman mutkikkaammiksi ja mukaan tulee myös se mahdollisuus, että pallon kokoonpuristuvuus olisi suurempi kuin veden, jolloin pallo vajoaisi pohjaan saakka.

vbkinkinkigfnki kirjoitti:

paineeksi syvyyden h funktiona sain

p(h) = 2170MPa * [1 - sqrt(1 - ρgh/1085MPa)]

jossa ρ on veden tiheys pinnassa ja g on maan gravitaatiokiihtyvyys. On huomioitava, että h:n täytyy olla pienempi kuin 1085MPa/ρg.

Jos vertaa kaavaani yksinkertaiseen kaavaan p = ρgh:

h=10000m
(ρ=1000kg/m^3)
(g=10000m)
(MPa = 100000Pa)

yksinkertainen kaava: p= 100MPa
johtamani kaava: p = 102,4MPa

h=50000m

yksinkertainen kaava: p= 500MPa
johtamani kaava: p = 576,6MPa

h=80000m

yksinkertainen kaava: p= 800MPa
johtamani kaava: p = 1060MPa

Myös veden suhteelliseksi tilavuuden muutokseksi sain

e = p / 2170MPa

jolloin

h=10000m -> p = 102,4MPa -> e = 4,72%
h=50000m -> p = 576,6MPa -> e = 26,6%
h=80000m -> p = 1060MPa -> e = 48,8%

Tästä voi joku jatkaa. Tai ehkä itsekin sitten joskus. Eihän se näin voi oikeasti mennä sillä tietyssä syvyydessä jonka jo mainitsin tilavuudeksi tulee nolla ja tiheydeksi ääretön. Pitäisi siis ottaa epälineaarinen malli. Mutta eiköhän tämäkin jotenkin päde jos nyt ei paljon yli 50% tilavuuden muutoksen yli mennä ?

Äkkiseltään ihan kuvaajasta vilkaistuna vesi muuttuu kiinteäksi (ice VI) nollassa celsius asteessa apauttiarallaa 7000 bar paineessa.

vanha.jaara kirjoitti:

Jos käytössä olisi teräspallon asemasta täysin jäykkä pallokuori (lieneekö nanoputkilla vahvistettua komposiittia?), jonka tilavuus siis säilyy vakiona, niin tasapainotilanne voitaisiin laskea tuolla toisaalla esittämäni veden tiheydenmuutosta kuvaavan yhtälön avulla.

Kokeilin jäykän pallon mallia numeroarvoilla ja pallon yksi prosentti pintavettä suurempi tiheys antoi tasapainosyvyydeksi 2200 m, 5 prosenttia taas 10550 m.

Joustavalle pallolle laskelmat menevät hieman mutkikkaammiksi ja mukaan tulee myös se mahdollisuus, että pallon kokoonpuristuvuus olisi suurempi kuin veden, jolloin pallo vajoaisi pohjaan saakka.

Minähän olen koko ajan puhunut ontosta pallosta,
jonka oletan olevan niin luja, ettei kokoonpuristumista tapahdu. En muista yllä mainit-
semani Piccardin käyttämän pallon seinämävahvuutta.
Pallo oli kuitenkin niin kevyt suhteessa tilavuu-
teensa, että pohjaan vajoamiseen tarvittiin lisä-
painoja jotka sitten irroitettiin. En tiedä vipume-
kanismin rakennetta. Pallon kuori oli siis ymmär-
tääkseni riittävän jäykkä. Pallossa olleiden lasi-
ikkunoiden paksuus oli reunoilla 25 ja keskellä
40 cm, halkaisija muistaakseni n. 50 cm. Ikkunoiden
reunat oli muotoiltu kartiomaisiksi jolloin paine
puristi niitä tiiviisti karmeihin.

vanha.jaara kirjoitti:

Jos käytössä olisi teräspallon asemasta täysin jäykkä pallokuori (lieneekö nanoputkilla vahvistettua komposiittia?), jonka tilavuus siis säilyy vakiona, niin tasapainotilanne voitaisiin laskea tuolla toisaalla esittämäni veden tiheydenmuutosta kuvaavan yhtälön avulla.

Kokeilin jäykän pallon mallia numeroarvoilla ja pallon yksi prosentti pintavettä suurempi tiheys antoi tasapainosyvyydeksi 2200 m, 5 prosenttia taas 10550 m.

Joustavalle pallolle laskelmat menevät hieman mutkikkaammiksi ja mukaan tulee myös se mahdollisuus, että pallon kokoonpuristuvuus olisi suurempi kuin veden, jolloin pallo vajoaisi pohjaan saakka.

Laskeskelin tossa, että sisäsäteen ja ulkosäteen suhteen k = r/R täytyy olla:

k = (1 - veden_tiheys/pallon_materiaalin_tiheys*a)^(1/3)

jossa a = G/N on haluttu painon ja nosteen suhde.

Jos ontto pallo on tehty teräksestä, jonka tiheys on 7800kg/m^3 ja veden tiheys on 1000kg/m^3, sekä halutaan 1% ero painon ja nosteen välille. Tällöin a = 1,01. Saadaan k = 0,9548. Valitaan esim. R = 62,0mm, jolloin r = 59,2mm. Tällöin onton pallon massa on noin 1,008kg ja sen tilavuus ulkosäteeltään on 0,998 litraa
. Eli se painaa pintavedessä noin 4 grammaa, ja uppoaa hitaasti kohti syvyyksiä.

Noh laskin tollasella FEM-ohjelmalla että teräksisen ( E = 200GPa, v = 0.3) onton pallon (R = 62mm, r = 59,2mm) ulkosäde pienenee paineen funktiona seuraavasti:

ΔR = k*p , jossa k:n arvoksi sain k = 0,002312 mm^3/N

Tällöin jos p = 100MPa ulkosäde pienenee 0,2312mm ja suhteellinen ulkotilavuuden muutos on 1,11%.

Suurin vertailujännitys (von Mises) taas noudattaa yhtälöä:

VM = 11,59*p

jolloin 100MPa:n paineella suurin vertailujännitys (sijaitsee sisäpinnassa) on noin 1159MPa, joka on kyllä jo aika paljon. Tuo vertailujännitys on siis likimain yhtäsuuri kuin normaalijännityskin siinä pisteessä (1108MPa) koska leikkausjännityksiä ei esiinny. Vaikea sanoa kestäiskö pallo sitä; se on ainakin varma että saman kokoisena sitä ei sieltä saa takasin, sillä tavallisen teräksen myötöraja on noin 350MPa. Ja 100MPa (=1000bar) vastaa noin 10000m:n syvyyttä. Muistaakseni ensimmäinen sukelluslaite joka kesti 11000m:n syvyyden mitattiin sukelluksen jälkeen ja sen ulkokehän pituus oli pienentynyt 10cm.

Joka tapauksessa onton teräksisen pallon suhteellinen tilavuuden muutos kun k= 0,9548 on

e = 1 - (R - 11,59*p)^3/R^3

rtttttt kirjoitti:

Laskeskelin tossa, että sisäsäteen ja ulkosäteen suhteen k = r/R täytyy olla:

k = (1 - veden_tiheys/pallon_materiaalin_tiheys*a)^(1/3)

jossa a = G/N on haluttu painon ja nosteen suhde.

Jos ontto pallo on tehty teräksestä, jonka tiheys on 7800kg/m^3 ja veden tiheys on 1000kg/m^3, sekä halutaan 1% ero painon ja nosteen välille. Tällöin a = 1,01. Saadaan k = 0,9548. Valitaan esim. R = 62,0mm, jolloin r = 59,2mm. Tällöin onton pallon massa on noin 1,008kg ja sen tilavuus ulkosäteeltään on 0,998 litraa
. Eli se painaa pintavedessä noin 4 grammaa, ja uppoaa hitaasti kohti syvyyksiä.

Noh laskin tollasella FEM-ohjelmalla että teräksisen ( E = 200GPa, v = 0.3) onton pallon (R = 62mm, r = 59,2mm) ulkosäde pienenee paineen funktiona seuraavasti:

ΔR = k*p , jossa k:n arvoksi sain k = 0,002312 mm^3/N

Tällöin jos p = 100MPa ulkosäde pienenee 0,2312mm ja suhteellinen ulkotilavuuden muutos on 1,11%.

Suurin vertailujännitys (von Mises) taas noudattaa yhtälöä:

VM = 11,59*p

jolloin 100MPa:n paineella suurin vertailujännitys (sijaitsee sisäpinnassa) on noin 1159MPa, joka on kyllä jo aika paljon. Tuo vertailujännitys on siis likimain yhtäsuuri kuin normaalijännityskin siinä pisteessä (1108MPa) koska leikkausjännityksiä ei esiinny. Vaikea sanoa kestäiskö pallo sitä; se on ainakin varma että saman kokoisena sitä ei sieltä saa takasin, sillä tavallisen teräksen myötöraja on noin 350MPa. Ja 100MPa (=1000bar) vastaa noin 10000m:n syvyyttä. Muistaakseni ensimmäinen sukelluslaite joka kesti 11000m:n syvyyden mitattiin sukelluksen jälkeen ja sen ulkokehän pituus oli pienentynyt 10cm.

Joka tapauksessa onton teräksisen pallon suhteellinen tilavuuden muutos kun k= 0,9548 on

e = 1 - (R - 11,59*p)^3/R^3

Tuo

ΔR = 0,002312 mm^3/N *p

ja muutkin ilmoittamani kaavat pätevät oikeastaan vain siihen asti kunnes materiaalin myötöraja saavutetaan. Sen jälkeen pitäisi siirtyä täysin epälineaariseen(plastiseen) malliin. Vertailujännitys kun on suunnilleen sama kaikissa pisteissä. Eli todellisuudessa pallon ulkosäteen kutistuma olisi paljon suurempi kuin 0,2312mm paineen ollessa 100MPa. Eli itseasiassa ilmoittamani kaavat pätevät vain 30MPa:n paineeseen asti kun käytetään tavallista terästä.

Eli ainakaan teräksestä ei tuollaista noin "veden painoista" onttoa palloa pysty tekemään joka kestäisi 10000m:n syvyyden kutistumatta dramaattisesti(jos ylipäätänsä kestää). Samaten komposiittirakenteet voi suurelta osin unohtaa sillä ne eivät kestä puristusta. Ehkä jokin luja alumiiniseos kestäisi.

Tietysti lähes mikä vaan kestäisi jos seinämävahvuutta vain laittaisi tarpeeksi. Mutta silloin pallo vajoaisi kuin kivi pohjaan, eikä vastaisi kysyttyä tilannetta.

keemikko kirjoitti:

Äkkiseltään ihan kuvaajasta vilkaistuna vesi muuttuu kiinteäksi (ice VI) nollassa celsius asteessa apauttiarallaa 7000 bar paineessa.

On käytännön sovellutuksia, joissa vesi tosiaan paineistetaan lähelle noita lukemia. Yksi sellainen on vesileikkaus, jossa käytettävät maksimipaineet ovat 400 - 600 MPa eli 4000 - 6000 bar. Noissa painessa vesi puristuu kokoon 18 - 28 prosenttia.

sdp90 kirjoitti:

Kyllä jää leijumaan jos sisällä on sopiva määrä ilmaa.Näin myös sukellusveneessä,joka on paikallaan.Esim.rautaämpäri alassuin mereen painettuna jossakin syvyydessä pysyy paikallaan,ja jos painaa lisää menee pohjaan.Sukellusvenettä ei säädetä painolastilla,vaan ilmamäärällä.Meressähän vesi ei paina juuri mitään.

Sankko alassuin painettuna on epästabiili.
Kun sankko pikkuisenkin painuu alemmaksi ilmatasku pienenee ja siten kelluvuus vähenee, alkaa kiihtyvä vajoaminen. Jos taas pikkuisenkin kohoaa, niin ilma laajenee ja kelluvuus kasvaa sankko pulahtaa pintaa..

Sukellusveneessä ilmaa ulos jolloin VETTÄ "painolastia " virtaa sisään . ja alus painuu syvempään.. ylöspäin pyrittäessä Ilma painolastisäiliöön VETTÄ "painolastia" työnnetään ulos. Olet tavallaan oikeassa, kyse on ilman ja veden suhteesta painolastisäiliössä.
Ilmeisesti painolasti säiliössä olevaa ilmaa ei ainakaan aina imetä paineilmasäiliöihin, kun elokuvissa näytti ilma tulevan aluksen kyljistä silloin kun sukeltivat, ainakin hätäsukelluksen.

airfoil kirjoitti:

Sankko alassuin painettuna on epästabiili.
Kun sankko pikkuisenkin painuu alemmaksi ilmatasku pienenee ja siten kelluvuus vähenee, alkaa kiihtyvä vajoaminen. Jos taas pikkuisenkin kohoaa, niin ilma laajenee ja kelluvuus kasvaa sankko pulahtaa pintaa..

Sukellusveneessä ilmaa ulos jolloin VETTÄ "painolastia " virtaa sisään . ja alus painuu syvempään.. ylöspäin pyrittäessä Ilma painolastisäiliöön VETTÄ "painolastia" työnnetään ulos. Olet tavallaan oikeassa, kyse on ilman ja veden suhteesta painolastisäiliössä.
Ilmeisesti painolasti säiliössä olevaa ilmaa ei ainakaan aina imetä paineilmasäiliöihin, kun elokuvissa näytti ilma tulevan aluksen kyljistä silloin kun sukeltivat, ainakin hätäsukelluksen.

sadaan veden alla???

varsinkin jos sitä vielä tuhlataan veteen pumppaamalla??

en ymmärrä sukellusveneen periaatetta, siis toiminta-.

sitä ilmaa kirjoitti:

sadaan veden alla???

varsinkin jos sitä vielä tuhlataan veteen pumppaamalla??

en ymmärrä sukellusveneen periaatetta, siis toiminta-.

...paineilmasäiliöt joiden paineella vesi painetaan pois(vaihdetaan ilmaksi) "painotankeista" kun halutaan nousta pintaan. (Vähemmän paineistettu ilma vie suuremman tilavuuden kuin paljon paineistettu ilma). Hätätilanteessa paineilmasäiliöiden paine riittää tyhjentämään "painotankit" vedestä hyvinkin nopeasti ja sukellusvene nousee rajusti pintaan.

Vastaavasti kun halutaan sukeltaa, ilma päästetään karkuun "painotankeista" ja ne täyttyvät vedellä.

Ilmaa täytyy aina välillä käydä hakemassa lisää pinnasta. Ja diesel-sukellusveneen täytyy muutenkin olla pakokaasuista ja hapen saannista johtuen paljon ihan pinnan tuntumassa lataamassa akkuja, sillä syvällä diesel-sukellusvene toimii vain akkujen voimalla.

rtttttt kirjoitti:

Tuo

ΔR = 0,002312 mm^3/N *p

ja muutkin ilmoittamani kaavat pätevät oikeastaan vain siihen asti kunnes materiaalin myötöraja saavutetaan. Sen jälkeen pitäisi siirtyä täysin epälineaariseen(plastiseen) malliin. Vertailujännitys kun on suunnilleen sama kaikissa pisteissä. Eli todellisuudessa pallon ulkosäteen kutistuma olisi paljon suurempi kuin 0,2312mm paineen ollessa 100MPa. Eli itseasiassa ilmoittamani kaavat pätevät vain 30MPa:n paineeseen asti kun käytetään tavallista terästä.

Eli ainakaan teräksestä ei tuollaista noin "veden painoista" onttoa palloa pysty tekemään joka kestäisi 10000m:n syvyyden kutistumatta dramaattisesti(jos ylipäätänsä kestää). Samaten komposiittirakenteet voi suurelta osin unohtaa sillä ne eivät kestä puristusta. Ehkä jokin luja alumiiniseos kestäisi.

Tietysti lähes mikä vaan kestäisi jos seinämävahvuutta vain laittaisi tarpeeksi. Mutta silloin pallo vajoaisi kuin kivi pohjaan, eikä vastaisi kysyttyä tilannetta.

Toivottavasti keskustelun seuraajat ovat saaneet jonkinlaisen kokonaiskuvan ongelmakentän vaikeudesta. Kokoonpuristumattomia materiaaleja tai rakenteita ei ole muualla kuin äärimmilleen yksinkertaistetuissa harjoitustehtävissä. Reaalimaailmassa kaikki puristuu kokoon paineen alaisena.

Lisäksi on huomattava, ettei veden tiheys ole pelkästään paineen funktio. Käytännössä siihen vaikuttavat myös mm. lämpötila ja veden suolapitoisuus. Myöskään materiaalin kokoonpuristuvuus ei ole vakio, kuten ei ole mikään muukaan materiaaliparametri, vaan siihen vaikuttavat myös muut tekijät (esim. paine, lämpötila tai jopa näiden muutosnopeus). Vanha insinööriviisaus siitä, että vakiot ovatkin käytännössä muuttujia, on ehdottoman totta, ainakin jos tarkastellaan tilannetta normaalista poikkeavassa tilanteessa kuten esimerkiksi syvän meren pohjalla.

suidgisrg kirjoitti:

...paineilmasäiliöt joiden paineella vesi painetaan pois(vaihdetaan ilmaksi) "painotankeista" kun halutaan nousta pintaan. (Vähemmän paineistettu ilma vie suuremman tilavuuden kuin paljon paineistettu ilma). Hätätilanteessa paineilmasäiliöiden paine riittää tyhjentämään "painotankit" vedestä hyvinkin nopeasti ja sukellusvene nousee rajusti pintaan.

Vastaavasti kun halutaan sukeltaa, ilma päästetään karkuun "painotankeista" ja ne täyttyvät vedellä.

Ilmaa täytyy aina välillä käydä hakemassa lisää pinnasta. Ja diesel-sukellusveneen täytyy muutenkin olla pakokaasuista ja hapen saannista johtuen paljon ihan pinnan tuntumassa lataamassa akkuja, sillä syvällä diesel-sukellusvene toimii vain akkujen voimalla.

Vettä joudutaan hajottamaan myös elektrolyyttisesti, jolloin ei olla periaatteessa ollenkaan riippuvaisia ilmasta..

Ydinsukellusveneet voivat olla kuukausia pinnan alla, rajoittavana tekijänä lienee ruoka ja pyykkinen kestävyys.

Ottaa kikkelisi pois kaverisi perseestä.