Veden paineen aiheuttaman voiman laskeminen

Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

Tulipa pieni tenkkapoo, kun pitäisi laskea, millä voimalla vesi painaa patoa, voisiko joku viisaampi kertoa, miten se lasketaan?

Esimerkki:

padon leveys 10m
padon syvyys 5m

millä voimalla vesi painaa patoluukkuja?

voidaanko laskea keskisyvyyden mukaan, eli 2,5m mukaan?

paine 2,5m syvyydessä on 0,25 bar=0,25kg/cm2
500cmx1000cm=500.000cm2x0,25kg=125.000kg

eli kokonaisvoima, jolla vesi painaa patorakennelmaa on 125 tonnia, onko oikein?

Sitten mutkikkaampi, ainakin minulle

kyse samasta padosta, mutta nyt siihen asennetaan varmuussulut 10cm päähän varsinaisista suluista, joten sulkujen väliseksi vesitilavuudeksi jää 5000 litraa.

paine on sama, mutta koska veden kokonaismäärä on vain 5000 litraa/5000kg , voiko patoon suuntautua sama kokonaisrasitus, vai onko tuo veden kokonaismassa maksimivoima, millä patoa rasitetaan?

käsitykseni on, että niin kauan kun altaan kokonaisvesimäärän massa on pienempi, kuin laskennallinen paineen mukaan tuleva rasitus sululle, vastaa tuo veden massa sulkujen rasitusta.

eli sulkujen välin pitäisi olla 2,5m, ennenkuin paineen mukaan laskettu rasitus saavutetaan, veden määrän ollessa tuo 125.000 litraa/kiloa, onko oikein?

mutta jos tuossa varmistuspadossa on pienikin reikä järveen, ei sulkujen välillä ole merkitystä, vaan sulkuun kohdistuu laskennallinen paine, eli 125.000kg.

olenkohan pähkäillyt asian oikein, kertokaa viisaat, kiitos etukäteen tiedoista

Sivut

Kommentit (36)

Vierailija

Ei viitsi edes kommentoida, kun tuossa oli ainakin 10 virhettä.

Puutarhaletkun liitosten teippaamisen kanssa kyllä huomaa, että staattinen paine leviää äänen nopeudella neulan paksuisesta reiästä.

Mutta virtaus jää tietenkin hyvin pieneksi, jos kyseessä olisi dynaaminen tilanne.

Vain metallinen ruuvikiristeinen klemmari pitää esim pesukoneen tuloletkun paikoillaan. N. 30% teekkareista on kokeillut ensin pelkkää teippiä.

En koskaan -koskaan- osta taloa insinööriltä. En ikinä. Ne luulee osaavansa, mutta ei osaa. Rakennus-inssi voi olla eri asia.

Vierailija
nypy
paine on sama, mutta koska veden kokonaismäärä on vain 5000 litraa/5000kg , voiko patoon suuntautua sama kokonaisrasitus, vai onko tuo veden kokonaismassa maksimivoima, millä patoa rasitetaan?
Paine on aivan eri asia kuin paino vaikka niillä ei ole kuin yhden kirjaimen ero. Rasitus kohdistuu vain toiseen sulkuun, jos sulkujen väli on täynnä vettä.

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009
korant
nypy
paine on sama, mutta koska veden kokonaismäärä on vain 5000 litraa/5000kg , voiko patoon suuntautua sama kokonaisrasitus, vai onko tuo veden kokonaismassa maksimivoima, millä patoa rasitetaan?
Paine on aivan eri asia kuin paino vaikka niillä ei ole kuin yhden kirjaimen ero. Rasitus kohdistuu vain toiseen sulkuun, jos sulkujen väli on täynnä vettä.




kyse on siitä, että kun sulku tyhjennetään, muuttuu rasituksen suunta toiseksi, kuin normaalisti sulkua kaytettäessä, kyseessä on varsinaisesti kanava, sen takia tuo varmuussulku.

edelleenkin haen oikeaa ratkaisua asiaan

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007

Käsityksesi on väärä. Hydrostaattinen paine riippuu ainoastaan veden syvyydestä, ei vesialtaan koosta (paitsi jos "allas" on niin pieni, että siinä tapahtuu kapillaarista vedennousua). Eli paine on aina samassa syvyydessä sama, sukellat sitten isoon tai pieneen uima-altaaseen.

nypy

käsitykseni on, että niin kauan kun altaan kokonaisvesimäärän massa on pienempi, kuin laskennallinen paineen mukaan tuleva rasitus sululle, vastaa tuo veden massa sulkujen rasitusta.

eli sulkujen välin pitäisi olla 2,5m, ennenkuin paineen mukaan laskettu rasitus saavutetaan, veden määrän ollessa tuo 125.000 litraa/kiloa, onko oikein?

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

paine pysyy samana kyllä
mutta jos kyseessä on vaikka vain sentin "pituinen" allas tilavuus on vain 500 litraa , niin mikä on rasitus, millä vesi silloin painaa sulkua?

ei kuulosta loogiselta, että 500kg:n määrä vettä saisi saman voiman aikaiseksi, kuin vaikka 5.000.000 litraa

vihertaapero
Seuraa 
Viestejä6081
Liittynyt7.3.2006

Kuvitellaampa tilanne missä meillä olisi 10 litran vetoinen ämpäri jonka pohjassa olisi pinta-alaltaan neliösentin kokoinen reikä ja ämpärissä korkeutta 30cm. Kyseinen reikä tukitaan tulpalla ja ämpäri upotetaan lähes reunoja myöten veteen, ensimmäisellä kerralla kylpyammeeseen jonka tilavuus on 200 litraa ja joka puolestaan on täytetty 170 l vesimäärällä jottei ämpäri läikytä vettä lattialle. Kysymys: minkälainen paine kohdistuu ämpärin pohjassa olevaan reikään?

Tilanne kaksi. Sama ämpäri upotetaan Tyyneen Valtamereen samalla tavoin. Ämpäriä ympäröivä vesimäärä kasvoi melko paljon, suorastaan käsittämättömän määrän. Kuinka paljon ämpärin pohjassa olevaan tulppaan kohdistuu nyt painetta? Oletetaan, että veden tiheys on sama, samoin kuin lämpötila ja muut jutut.

Vinkkinä annettakoon ettei se reikä tiedä paljonko sitä vettä on ympärillä väijymässä, ainoastaan paine-erolla on merkitystä.

edit: minkäslaisessa koulutehtävässä tällaisia kysytään?

Konsta: ...joten jäähdytysvesi on varmasti erittäin korkeaktiivista.
Brainwashed: En tosiaankaan pidä itseäni minään asiantuntijana...

Vierailija
nypy
paine pysyy samana kyllä
mutta jos kyseessä on vaikka vain sentin "pituinen" allas tilavuus on vain 500 litraa , niin mikä on rasitus, millä vesi silloin painaa sulkua?

ei kuulosta loogiselta, että 500kg:n määrä vettä saisi saman voiman aikaiseksi, kuin vaikka 5.000.000 litraa

nypy ei taida lainkaan käsittää paineen ja painon eroa. Hydrostaattinen paine määräytyy yksin omaan pinnan korkeuden perusteella. Ellei sitten todella ole kyse niin ahtaasta raosta että pintajännityksellä on merkitystä. Hydrauliikka ja pneumatiikka pelaa paineen avulla, ei painon. Neste voi synnyttää voimavaikutuksen vain paineen perusteella. Painolla ei ole merkitystä. Kokonaisvoima määräytyy sitten pinta-alan mukaan.

Vierailija

Kyseessä on vaakasuuntainen paine/voima, jonka käsittäminen on hyvinkin hankalaa myös täällä. Hydrostaattisen paineen laskuja on helppo laskea voiman kohdistuessa pystyviivaisesti alaspäin, esimerkiksi altaan pohjaan, mutta vaakasuuntainen rasitus kuulostaa monimutkaiselta.

Ja ei niillä paineella, voimalla ja painolla niin kauheasti eroa ole jos tietää mitä ne tarkoittaa. Painehan on vain tapa ilmoittaa voima per pinta-ala.

Vierailija
hi3
Kyseessä on vaakasuuntainen paine/voima, jonka käsittäminen on hyvinkin hankalaa myös täällä. Hydrostaattisen paineen laskuja on helppo laskea voiman kohdistuessa pystyviivaisesti alaspäin, esimerkiksi altaan pohjaan, mutta vaakasuuntainen rasitus kuulostaa monimutkaiselta.

Ja ei niillä paineella, voimalla ja painolla niin kauheasti eroa ole jos tietää mitä ne tarkoittaa. Painehan on vain tapa ilmoittaa voima per pinta-ala.


Hydrostaattinen paine on pallomainen jännitystila mikä tarkoittaa sitä että normaalijännitys on yhtäsuuri kaikissa suunnissa. Leikkausjännitystä ei ole, joten hydrostaattista painetta vastaava pintapaine reunapinnoilla vaikuttaa reunapintojen normaalin suuntaan. Niinpä vaakasuorilla pinnoilla pintapaine vaikuttaa pystysuunnassa ja pystysuorilla pinnoilla vaakasuoraan. Mainitsemassasi tapauksessa on siis padon kannalta samantekevää onko sitä vastassa 10 cm leveä kaistale vettä vai 1 km. Vain veden syvyys vaikuttaa. (jos rako on sen verran suuri että kapillaari-ilmiöllä ei ole vaikutusta)

niin ja se patoon kohdistuva vaakavoima (yksikköleveyttä kohti) lasketaan integroimalla painejakauma veden syvyyden yli

[code:3qqgrklx]
h
F = ∫ rho*g*z*dz
0
[/code:3qqgrklx]

eli F = 0.5*rho*g*h^2

tai F = rho*g*h/2 * h eli vaakavoiman voi laskea keskimääräistä painetta käyttäen kuten oletit.

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

kiitos nimimerkeille "tietää" ja "boner" , ensimmäiset vastaukset, joissa on jotain selkeää asiaakin, ei pelkästään epämääräisiä "mutuja".

vielä en kuitenkaan ole vakuuttunut sulkuihin vaikuttavan voiman suuruudesta, jos rako on kapea, mutta kuitenkin niin leveä, ettei kapillaari-ilmiö vaikuta paineeseen
käsittääkseni kapillaari ei vaikuta kuin hyvin kapeissa raoissa, joten jo muutaman millin rako riittää kumoamaan kapillaarin.

jos ajatellaan neliskulmaista vesipatsasta, joka on 10cm kanttiinsa, 10m syvä patsas vettä painaa 100kg ja painaa pohjaa 100kg:n voimalla= 10cmx10cm=100cm2 x 1bar =on tuo 100kg:n voima , loogista

mutta jos 10 m syvyydessä astian pohja leviääkin 100cm x100cm= 1m2 laajuiseksi, paine pysyy samana (1bar), mutta onko pohjaan kohdistuva voima nyt 10.000kg?
eli 10.000cm2 x 1 bar, tuskimpa

pystyykö kukaan kertomaan selkeää kaavaa tai perustelua, miksi olen väärässä?

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

vihertaaperolle:

kyseessä ei ole koulutehtävä, vaan aivan oikea kanava ja sen sulut, koot olan vain muuttanut helpommim miellettäviksi tasaluvuiksi.

ps

nimimerkillä yli 30v kouluajoista

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

niin ja vielä selvennökseksi, etten ole opiskellut fysiikkaa koulussa ammatikoulun jälkeen, vain omalla vähäisellä maalaisjärjellä yritän saada pähkäiltyä, mikä on totuus

Vierailija
nypy
jos ajatellaan neliskulmaista vesipatsasta, joka on 10cm kanttiinsa, 10m syvä patsas vettä painaa 100kg ja painaa pohjaa 100kg:n voimalla= 10cmx10cm=100cm2 x 1bar =on tuo 100kg:n voima , loogista

mutta jos 10 m syvyydessä astian pohja leviääkin 100cm x100cm= 1m2 laajuiseksi, paine pysyy samana (1bar), mutta onko pohjaan kohdistuva voima nyt 10.000kg?
eli 10.000cm2 x 1 bar, tuskimpa




Ei tuskimpa vaan se on juuri niin. Eli jos kuvitellaan 10cm x 10 cm kuilu joka on 9.99 m syvä ja sen lopussa on 1 cm korkea 100cm x 100 cm laajentuma niin hydrostaattinen paine riippuu edelleenkin vain vesipatsaan korkeudesta jolloin pohjaan kohdistuva voima on noin 10000 kg.

On kuitenkin huomattava että maahan kohdistuva nettovoima (kun ei tarkastella pelkästään kuilun pohjaa) on ainoastaan se sama 100 kg joka olisi 10 m syvällä 10cm x 10cm kuilulla. Syy tähän on edelleen se että paine vaikuttaa kaikkiin suuntiin. Eli hydrostaattinen paine painaa pohjaa alaspäin, mutta samalla se painaa myös sen kuvitellun 100 cm x 100cm laajentuman yläpintaa ylöspäin. Netto voimaksi tulee 10000kg - 9900kg = 100kg. Tai voi myös ajatella että hydrostaattinen paine pyrkii avaamaan sitä pohjan laajentumaa (rakoa) voimalla 9900kg.

nypy
Seuraa 
Viestejä14
Liittynyt17.4.2009

jotenkin tuntuu, ettei teoria kohtaa käytäntöä nyt, jos pienennetään tuota 10m "putkea" 1cm x 1cm kokoon ja pidetään alhaalla edelleen tuo iso levennys, olen sitä mieltä, ettei taaskaan 10.000kg:n voima työnnä niitä pintoja erilleen, vaikka käytännössä paine onkin edelleen tuon 1 bar.

tuo tuntuma on tullut kokemuksen perusteella vuosien mittaan

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat