Eli tässä olisi fysiikantehtäviä kaksi kappaletta:
''Imukuppia vedetään irti ikkunasta jousivaa'alla. Imukuppi irtoaa, kun voima saavuttaa arvon 12 N. Kuinka suuri ilmanpaine on imukupin sisällä juuri ennen imukupin irtoamista? ympyrän muotoisen imukupin halkaisija on 4.5cm.''
Tiedän että painetta p kysytään. paine p on tietenkin voima eli 12 N jaettuna pinta-alalla, joka saadaan jakamalla halkaisija ja laskemalle pii kertaa r toiseen. mutta kun tuolla sitten jakaa tuon 12 N, en saa oikeaa vastausta. mitä tässä laskussa pitäisi vielä muistaa tai tehdä?
sitten toinen tehtävä:
''Jos auto uppoaa veteen, auton matkustamo ei täyty vedellä heti, vaan vettä vuotaa sisään vähitellen. Kuinka suuri voima kohdistuu 2.5 metrin syvyydessä ulkopuolelta auton etuoveen, jonka pinta-ala on 0,68 m2?''
mietin tässä vain että mikä tuo voima on? onko se tuo hydrostaattinen paine jaettuna alueella jolle se leviää? eli veden tiheys kertaa putoamiskiihtyvyys kertaa syvyys h jaettuna tuolla 0,68 m2? mitä pitäisi tässä tehtävässä muistaa?
kiitos paljon jos viitsit auttaa!
''Imukuppia vedetään irti ikkunasta jousivaa'alla. Imukuppi irtoaa, kun voima saavuttaa arvon 12 N. Kuinka suuri ilmanpaine on imukupin sisällä juuri ennen imukupin irtoamista? ympyrän muotoisen imukupin halkaisija on 4.5cm.''
Tiedän että painetta p kysytään. paine p on tietenkin voima eli 12 N jaettuna pinta-alalla, joka saadaan jakamalla halkaisija ja laskemalle pii kertaa r toiseen. mutta kun tuolla sitten jakaa tuon 12 N, en saa oikeaa vastausta. mitä tässä laskussa pitäisi vielä muistaa tai tehdä?
sitten toinen tehtävä:
''Jos auto uppoaa veteen, auton matkustamo ei täyty vedellä heti, vaan vettä vuotaa sisään vähitellen. Kuinka suuri voima kohdistuu 2.5 metrin syvyydessä ulkopuolelta auton etuoveen, jonka pinta-ala on 0,68 m2?''
mietin tässä vain että mikä tuo voima on? onko se tuo hydrostaattinen paine jaettuna alueella jolle se leviää? eli veden tiheys kertaa putoamiskiihtyvyys kertaa syvyys h jaettuna tuolla 0,68 m2? mitä pitäisi tässä tehtävässä muistaa?
kiitos paljon jos viitsit auttaa!
Vastaukset 36
Vanhimmat
F = p A,
missä F on voima, p paine ja A pinta-ala. Tuosta yhtälöstä ratkaisemalla saadaan mikä tahansa noista kolmesta kun kaksi muuta tunnetaan.
ei vaa tuu oikeeta vastausta.
puolipallon pinta-alalla?
eikös tuo puolipallon pinta-ala ole juurikin tuo pii kertaa r(säde) toiseen.
puolet pallon pinta-alasta, eli 2*pii*r^2
Miettikääpä nyt vielä kerran tuota tehtävää. Jos paine kohdistuu puolipallon pinnalle, niin painevoiman resultantiksi tulee varmasti puolipallon maksimipoikkileikkausala kerrottuna paineella. Muut komponentit kumoavat puolipallon symmetrian takia toisensa.
Jos joku ei tätä usko, niin nän voi tarkistaa asian integroimalla painevoiman yli puolipallon pinnan.
voitko sanoa mikä tässä ratkaisussani meni pieleen?
p = F/A
ja koska imukupin tekemän ympyrän halkaisija on 0.045 m, pitää se jakaa kahdella ja se tekee 0.0225 m.
sitten jaetaan annettu voima eli 12 N, tuolla imukupin tekemän ympyrän pinta-alan kaavalla pii x r(ympyrän säde) toiseen eli potenssiin 2.
eli 12N/0.001590431 m2
= 7545,124561 Pascalia.
kirja ilmoittaa oikeaksi vastaukseksi 990 hPa. Mitä tein väärin?
Ulkopuolella imukuppia ympäröivän ilmanpaineen.
miten liitän sen itse laskuun? kerronko vain? ilmanpainehan on tuo 101300 Pa
Joka siis on 75 hPa, normaali ilmanpaine ulkopuolella on 1013 hPa, joten 1013-75=938 hPa.
En minäkään siitä kirjan vastausta saa.
Kirjan vastauksen mukaan paine-ero olisi vain 23 hPa.
sitä imukupin sisäpainetta siinä 75 hPa:ssa?
Paine-eron sisä- ja ulkopuolen välillä.
Tuossa alla on pari tästä poikkeavaa laskutapaa. Tosin niilläkään ei päästä tarkalleen kirjan vastaukseen.
Kirjassa kysytään absoluuttista painetta. Laskepa voima, jos paine sisällä olisi tuo 75 hPa ja ulkona 1013 hPa. Mikä olisi voima?
onko kirjassa tosiaankin sitten virhe? eihän sitä voi millään pyöristää lukuun 990 hPa
Tämä on aika simppeliä; tuohon pinta-alaan vaikuttava tuon suuruinen voima saa aikaan paineen 75 hPa. Tästä ei pääse mihinkään.
Ulkopuolinen paine on (laskennallisena oletuksena) 1013 hPa, joten mikä muu ratkaisu olisi mahdollinen?
Jos tuo imukupin eri puolten välinen paine olisi jotain muuta, peruskaava ei pitäisi paikkaansa, joten täytyy olla virhe.
päädyn itse ihan samaan lopputulokseen
Paine 10 metrin syvyydessä 2 bar:ia siitä eteenpäin 1 bar:i jokaista kymmentämetriä kohden.
10 m : 4 on 2,5 kert 6800 on 1700 kg.
En tiedä meneekö paine 0:lasta 10 metriin tasaisesti.
vielä on huomioitava että jos ovi on pystyssä, paine on alhaalla suurempi kuin yläosassa.??.
Veden/maan pinnalla on 1 Bar:in ilmanpaine
vesipatsaan oma paine on tuo mainitsemasi 1 Bar/10 m, eli se lisääntyy tasaisesti
eikös se voima F ole yhtäsuuri kun (ympäristön paine - sisäinen paine) eikä suinkaan vain sisäinen paine.
jos halutaan laskea paineen aiheuttama voima jollekkin alueelle. pitääkö vain laskea se paine siellä tietyssä syvyydessä ja sitten vain kertoa se sillä pinta-alalla johon paine kohdistuu?
Pintaan vaikuttava voima on pinnan ala kertaa paine-ero pinnan yli.
p*A F=p(i)*A, josta p=(p(i)*A-F)/A
p=100 000-(12/(2*pii*0,0225^2))= noin 0,96 bar
Irroitusvoimahan on kupin pinta-ala kertaa paine-ero kupin sisätilan ja ulkoisen ilmanpaineen välillä. Olette laskeneet tuota paine-eroa.
Kirjan vastaus on oikein.
Lähdetäänpä tarkistamaan asiaa kirjan vastauksesta.
Kirjan ilmoittama paine oli siis 990 hPa. Fysiikan laskuissa käytetään ilmanpaineena normaalipainetta 1013 hPa, ellei muuta ole annettu. Paine-ero kupin ulko- ja sisäpuolen välillä on siis 1013 hPa - 990 hPa = 23 hPa. Olemmeko tästä samaa mieltä?
Kupin halkaisija on 4.5 cm, joten sen lasia vasten olevan reunan sisään jäävä pinta-ala on pii*r^2, eli pii*(0.045/2)^2 = 0.00159 m2. Olemmeko tästä samaa mieltä?
Tuolla paine-erolla tuohon pinta-alaan kohdistuva voima on F=p*A, eli 2300 hPa * 0.00159 m2 = 3.7 N. Olemmeko tästä samaa mieltä?
Tehtävässähän voima oli 12 N. Perusteletko vielä, miksi kirjan vastaus on mielestäsi oikea?
Voimaa laskettaessa paineen yksikkö on tietysti Pa.
F = pA= p(Puolipallo Ympyrä) = p (2*pi*r^2 pi*r^2) = 3*p*pi*r^2
p = F / (3*pi*r^2) = 12/(3*3.141*0,0225^2)=2553 Pa
Ps = Pu-p = 1013hPa-25hPa= 988hPa ^= 990hPa
vaan sen kosketuspinnan ala. Olkoon imukupin muoto vaikka 6 m pitkä putki. Ei paineilmasylinterissäkään voima muutu riippuen siitä, kuinka pitkällä mäntä on (suurempi tilavuus), vaan ainoastaan paineen ja männän pinta-alan mukaan se määräytyy.
mutta tosiaan ottamalla huomioon sen että ympäröivä ilma painaa kuppia sen jokaisesta sivusta...
Toivottavasti alkuperäinen kyselijä kertoo opettajansa vastauksen ;-)
tekemistä tämän kanssa. Työssäni joudun välillä laskemaan imukuppien kiinnitysvoimiakin ja jos toimisin intuition varassa, metsään menisi.
Tällä ei nyt kyseisen pähkinän kanssa ole juuri tekemistä, mutta mainittakoon, etten ole eläissäni nähnyt puolipallon muotoista imukuppia. Noiden todellisten imukuppien voimien laskeminen olisikin todella haasteellista, jos tuo sinun intuitiosi pitäisi paikkansa. Niissä kun on kaikenlaisia melko epämääräisen muotoisia haitareita.
Ei kannata tehdä asioista yhtään monimutkaisempia, kuin ne ovat.
Sanoopa kirja tai opettaja mitä tahansa, itse tiedän tämän ja tokihan se on osoitettavissa myös kokeellisesti, jos epäilyttää.
Varmaan kuitenkin on niin, että juuri esittämääsi virheelliseen ajattelutapaan tuo kirjan vastauskin perustuu.
en viitsinyt tarkistaa numeroarvoja.
Tarkistin nyt numeroarvot ja sain sisäpuolen paineeksi 93,755 kPa.
Olemmeko nyt samaa mieltä? :)
Samaa mieltä:)
Auton oveen vaikuttava voima on, kuten jo muut ovat esittäneet, neljännes ilman paineesta (10 m syvyydellä veden hydrostaattinen paine on noin ilmakehän paine ja 2,5 m syvyydellä neljännes) eli 250 kPa, joka kerrottuna oven pinta-alalla 0,68 m^2 antaa noin 175 kN (autossahan on tuossa vaiheessa sisällä ilman paine).
Jos auto oli 2,5 m syvyydessä niin oliko auton pyörät tuossa 2,5 metrissä vai oliko katon yläreuna 2,5 metrissä? Oliko kyseessä pakettiauto vai matala urheiluauto ?
Mitä tämä tälläinen suurpiirteinen sinneppäin laskeminen on. Silloin kun minä olin nuori annettiin tehtävät tarkasti eikä mitään monivalintatehtäviä.Kaikki tällä annetut arvot ovat sinneppäin arvoja joten fysiikalla ei ole mitään tekemistä tämän tehtävän kanssa!
Jos syvyys annetaan kyseisen pinta-alan painopisteeseen, on aivan sama, onko kyse Ferrari 599:stä tai Toyota Hi-Acesta.
Se, että laskut pyritään muotoilemaan käytännön esimerkkien mukaisiksi, on erittäin järkevää. Silloin voidaan parhaimmillaan osoittaa, minkälaisia asioita kullakin tiedolla voidaan laskea. Jos taas lasketetaan puoliääretttömän levyn reunassa sijaitsevan pistevoiman vaikutusta, eivät opiskelijoista puoletkaan pysty kuvittelemaan tiedon soveltamismahdollisuuksia.
Jos kirahvi on 5 metrin korkeudessa niin onko kirahvin pää vai varpaat 5 metrissä? Sillä on suuri merkitys tulevissa laskuissa!
Toisekseen voiko pinta-alalla olla painopiste hmmmmmmm mitä kummmaa : ) Olette hauskoja veijareita mutta fysiikasta ette tiedä niin mitään!
Nipottamalla voi väittää, että oveen vaikuttava voima ei ole paine sen keskellä kertaa sen pinta-ala, mutta kerropa miksi se olisi toisin.
http://www.spb-avalon.ru/files/Vacuum_Suction_Cups_Fipa(fin).pdf
valmistajan imukuppi, niin 0,93 bar