Vaikka harvoin ajattelemmekaan sitä, ilma ympäröi meitä koko ajan, ja se vaikuttaa kehomme jokaiseen senttiin. Tämä ilmanpaineeksi kutsuttu voima on yksi luonnontieteiden tärkeimmistä aiheista, sillä se selittää säämallit, lentokoneiden lentämisen ja monia muita ihmeitä. Jos aiot opettaa lapsille ilmanpaineesta, olemme antaneet sinulle selityksen perusasioista ja joitakin yksinkertaisia, hauskoja ja mukaansatempaavia kokeita, joilla voit havainnollistaa tämän luonnonilmiön voiman.

Mitä on ilmanpaine?

Käsitteellä ”ilmanpaine” viitataan ilmamolekyylien painoon, joka painaa maata alaspäin. Merenpinnan tasolla ilmanpaine on yleensä 14,7 psi (puntaa neliötuumaa kohti), mikä tarkoittaa, että 14,7 puntaa painaa jokaista kehomme neliötuumaa kohti. Syy siihen, että voimme edelleen liikkua kehoissamme vapaasti, on se, että ilma painaa meitä joka suuntaan, ja syy siihen, että meitä ei murskata, on se, että ilmanpaine kehomme sisällä on sama.Ilmanpaine määräytyy seuraavien kolmen tekijän mukaan:

• Lämpötila: Kun ilma lämpenee, se laajenee. Tämä laajeneminen aiheuttaa ilman tiheyden pienenemisen, mikä johtaa paineen alenemiseen. Kun ilma toisaalta kylmenee, se kutistuu. Tämä kutistuminen aiheuttaa sen, että ilmasta tulee tiheämpää, mikä johtaa korkeampaan paineeseen. Tämän ilmiön vuoksi päiväntasaajan lähellä olevilla alueilla, jotka ovat kuumia, on yleensä alhainen ilmanpaine, ja pohjois- ja etelänavan lähellä olevilla alueilla, jotka ovat kylmiä, on korkea ilmanpaine.
• Korkeus: Mitä korkeammalla merenpinnasta ollaan, sitä vähemmän tiheää ilma on. Koska vähemmän tiheä ilma painaa vähemmän, se tuottaa alhaisemman ilmanpaineen, minkä vuoksi korkean vuoren huipulla voi olla vaikea hengittää. Se selittää myös sen, miksi korvasi paukkuvat, kun ajat autolla vuorta ylös tai alas – sisäkorvaan on jäänyt ilmaa, ja kun ilmanpaine ulkona laskee, korvaan jäänyt ilma saa tärykalvot työntymään ulospäin. Tämä laajeneminen aiheuttaa paukahduksen.”
• Kosteus: Ilmassa olevan kosteuden määrä vaikuttaa myös ilman tiheyteen ja siten ilmanpaineeseen. Vesihöyry on kevyt kaasu verrattuna ilmakehän muodostaviin kaasuihin, jotka ovat pääasiassa happea ja typpeä. Kun ilmakehän kosteus siis lisääntyy, typen ja hapen määrä tilavuusyksikköä kohti vähenee, jolloin ilman tiheys pienenee.

Ilmanpaine-erot aiheuttavat liikettä

Yksi mielenkiintoisimmista ilmanpaineeseen liittyvistä näkökohdista on se, että ilmanpaineen taskun muuttuessa esineet alkavat liikkua. Tämä liikettä synnyttävä paine-ero aiheuttaa tuulia, tornadoja ja monia muita sääilmiöitä.

Keskustellessasi ilman liikkeestä pidä mielessä, että tiedemiehet puhuvat siitä, että korkeampi paine ”työntää” asioita, ei siitä, että matalampi paine ”vetää” asioita.

Miten ilmanpainetta mitataan

A ilmanpainetta mitataan yleisesti elohopeabarometrillä. Elohopeabarometri sisältää elohopealla täytetyn pylvään, ja mitä korkeampi ilmanpaine on, sitä korkeammalla elohopeapylväs on. Mittaamalla pylvään korkeuden voit määrittää ilmanpaineen.

Tänä päivänä on yleisempää käyttää digitaalista barometriä, joka on kannettava ja tarkempi kuin perinteinen tyyppi. Tämä laite käyttää sähkökondensaattoria ilmanpaineen mittaamiseen.

Ailmanpaine ja sää

Matalapaineiset alueet liitetään yleensä huonoon säähän. Jos jollakin alueella on matala ilmanpaine, sinne siirtyy ilmaa viereisiltä alueilta, joilla on korkeampi ilmanpaine. Tämä muutos puolestaan saa ilman liikkumaan ylöspäin, koska sillä ei ole muuta paikkaa minne mennä. Kun ilma liikkuu ylöspäin, vesihöyry tiivistyy, mikä johtaa pilvien ja sateen muodostumiseen.

Alueet, joilla on korkea ilmanpaine, liittyvät sen sijaan yleensä hyvään säähän. Korkeapaineen alueilla matalapaineinen ilma leviää ulospäin, jolloin yläpuolella oleva ilma pääsee laskeutumaan. Tämä alaspäin suuntautuva liike lämmittää ilmaa, mikä aiheuttaa haihtumista ja johtaa mukavaan, kuivaan säähän.

A ilmanpaine ja luonnontieteelliset kokeet

Tässä on 10 yksinkertaista lapsille suunnattua ilmanpaineen kokeilua, jotka auttavat heitä ymmärtämään paremmin sen vaikutuksia.

Tornadokokeilu sisätiloissa

Tässä kokeessa voit luoda tornadon pulloon. Tarvitset:

• Vettä
• Läpinäkyvä majoneesipurkki
• Nestemäinen astianpesuaine
• Ruokaväri
• Eetikka

Tehdäksesi kokeen suorita alla olevat vaiheet:

1. Kaada vettä purkkiin niin, että purkki on karkeasti arvioiden noin kaksi kolmannesta täynnä. Lisää sitten veteen useita pisaroita elintarvikeväriä. Mikä tahansa väri käy.
2. Lisää mukaan yksi teelusikallinen nestemäistä astianpesuaineesi ja yksi teelusikallinen etikkaa.
3. Pane kansi purkkiin. Varmista, että se on mahdollisimman tiukasti kiinni, jotta vältyt vuodoilta ja pahoilta sotkuilta.
4. Ravista purkkia ja käännä sitä sitten niin, että sen sisällä oleva neste alkaa pyörimään.

Havaitset pienen pyörteen, joka muistuttaa tornadoa.

Tyhjentämätön vesikokeilu

Joissain tilanteissa ilmanpaine on painovoimaa voimakkaampi. Tämä koe osoittaa ilmanpaineen voiman, sillä se pitää lasissa olevan veden paikallaan – jopa silloin, kun lasi käännetään ylösalaisin.

Kokeeseen tarvitaan:

• Mehulasi
• Vettä
• Kansiokortti (4 x 6 tuumaa)

Vaiheet etenevät seuraavasti:

1. Täytä lasi vedellä ylös asti. Anna veden valua yli niin, että lasin huuli on märkä.
2. Pane kortti täyden lasin päälle. Paina kortti kädelläsi tukevasti alaspäin ja tee hyvä tiiviste lasin märän huulen ympärille.
3. Työskennellessäsi lavuaarin tai ammeen päällä, pidä korttia paikallaan toisella kädellä ja käännä lasi ympäri. Päästä sitten varovasti irti kortista. Se ei liiku, ja vesi pysyy lasin sisällä.

Tämä koe osoittaa, että ilmanpaineen korttiin kohdistama voima on jopa voimakkaampi kuin painovoiman lasissa olevaan veteen kohdistama voima. Ilmanpaine estää korttia liikkumasta.

Kirjan puhalluskoe

Kirjan puhalluskoe osoittaa, kuinka voimakas paineilma voi olla.

Tätä projektia varten tarvitset:

• Kolme kirjaa
• Suuren muovipussin, joka on ilmatiivis

Tehdäksesi tämän kokeen noudata seuraavia neljää vaihetta:

1. Pinoaa kolme kirjaa päällekkäin.
2. Pyydä oppilasta liikuttamaan kirjoja puhaltamalla niiden suuntaan. He eivät tietenkään pysty siihen.
3. Aseta muovipussi pöydälle ja aseta sitten kolme kirjaa sen päälle. Pussin avoimen pään pitäisi roikkua pöydän reunan yli.
4. Näytä, että jos puhallat tarpeeksi voimakkaasti, kirjat alkavat nousta pöydältä. Se on pussissa oleva paineilma, joka aiheuttaa liikkeen.

Louhittu tölkki -koe

Tässä kokeessa käytetään ilmanpaineen voimaa tölkin murskaamiseen. Tarvitset:

• Vettä
• Suuren astian
• Jääkuutioita
• Mittakupin
• Tyhjän limsatölkin
• Keittimen
• Keittimen
• Keittolaput tai -pihtejä

Kun olet hankkinut materiaalit, noudata alla olevia ohjeita:

1. Täytä astia jääkuutioilla ja vedellä. Aseta tämä astia sivuun, jotta voit käyttää sitä myöhemmin.
2. Kaada 1/2 kupillista vettä tyhjään limsatölkkiisi.
3. Aseta tölkki lieden polttimelle. Jos oppilaasi tekee tämän vaiheen, muista valvoa häntä.
4. Kun yläreunassa olevasta reiästä alkaa tulla höyryä, tiedät, että sisällä oleva vesi alkaa kiehua. Sammuta liesi ja ota tölkki pois polttimelta patalappujen tai pihtien avulla.
5. Pane tölkki nopeasti astiaan, jossa on jäävettä, kääntämällä se ylösalaisin ja asettamalla se kannen päälle. Nyt voit tarkkailla tölkin romahtavan, kun se jäähtyy.

Tässä kokeessa, kun vettä lämmitettiin tölkissä, syntyi höyryä, joka työnsi ilman ulos tölkistä. Sitten kun tölkki upotettiin jääveteen, höyryn lämpötila laski, jolloin se tiivistyi takaisin vedeksi. Tämä muutos puolestaan aiheutti sen, että ilmanpaine purkin sisällä oli paljon alhaisempi kuin ilmanpaine ulkopuolella, ja ulkona olevan ilman paino murskasi purkin.

Taikamunakoe

Tässä kokeessa käytetään ilmanpaineen voimaa kananmunan työntämiseen pullon kaulan läpi. Kerää seuraavat materiaalit tämän kokeen suorittamista varten:

• Kovaksi keitetty kananmuna
• Pullo, jonka kaula on niin leveä, että kovaksi keitetty kananmuna mahtuu puristumaan siitä läpi
• Tulitikku

Tämässä kokeessa on seuraavat työvaiheet:

1. Ota kuori kovaksi keitetystä kananmunasta.
2. Sytytä tulitikku ja heitä se pulloon.
3. Aseta kuorittu kananmuna pullon suulle niin, että kananmunan pieni pää on alaspäin. Tämän jälkeen muna ponnahtaa pulloon.

Kun sytytetyn tulitikun liekki kuluttaa pullossa olevaa ilmaa, se saa aikaan sen, että ilmanpaine pullossa muuttuu alhaisemmaksi kuin ilmanpaine pullon ulkopuolella. Ulkopuolella oleva korkeampi ilmanpaine kohdistaa kananmunaan voiman, joka työntää sitä pullon sisälle.

Työntökoe

Tämä yksinkertainen koe vaatii vain kaksi puhdasta, vanhanaikaista kumi- ja puukepillä varustettua työntökoetta. Kokeen suorittaminen:

1. Tarraa kaksi mäntää yhteen. Saatat joutua kastelemaan vanteet ensin.
2. Kokeile erottaa ne toisistaan.

Erottamisen suorittaminen on paljon vaikeampaa kuin useimmat lapset kuvittelevat. Kun tönäisit kaksi männikköä yhteen, pakotat ilmaa ulos ontelosta, jonka sisuskalut tekivät, kun niitä työnnettiin yhteen. Tämä ulos pakotettu ilma aiheutti sen, että ilmanpaine sisällä oli paljon alhaisempi kuin ulkopuolella. Koska korkeampi ilmanpaine työntää aina, se piti kaksi mäntää yhdessä.

Pingpong-suppilokokeilu

Pingpong-suppilokokeessa on kyse siitä, että pöytätennispallo on suppilon kulhossa ja että puhalletaan suppilon läpi. Sen sijaan, että pallo puhallettaisiin pois, se pysyy tiukasti kiinni kulhossa. Suorita koe noudattamalla kahta vaihetta:

1. Sijoita pingispallo suppiloon ja puhalla siihen voimakkaasti. Kokeile kallistaa päätäsi taaksepäin niin, että pää, jossa pallo on, osoittaa kohti kattoa. Katso, pystytkö puhaltamaan niin kovaa, että kun käännät suppilon, pallo ei lennä pois.
2. Katso, pystytkö nostamaan pallon pöydältä.

Kun puhallat suppiloon, ilma siellä, missä pallo on, liikkuu nopeammin ja luo alhaisemman ilmanpaineen kuin muu palloa ympäröivä ilma. Tämän seurauksena ilmanpaine pallon alapuolella on alhaisempi kuin ympäröivässä ilmassa, jonka paine on korkeampi. Korkeapaineinen ilma työntää pallon takaisin suppilon kulhoon – riippumatta siitä, mihin suuntaan suppiloa suunnataan.

Suihkulähdepullon sinetöintikoe

Suihkulähdepullon sinetöintikokeessa demonstroidaan ilmanpaineen käyttämistä veden työntämiseen pillin läpi. Kerää seuraavat materiaalit:

• Vesipullo (2 litraa)
• Saviklöntti
• Pitkä olki
• Vettä

Seuraa näitä kolmea yksinkertaista vaihetta:

1. Täytä vesipullo puoleen väliin vettä.
2. Sulje pullo oljen ympärille käärityllä savimöykkyllä niin, että pullon suu on täysin suljettu.
3. Puhalla olkeen voimakkaasti. Huomaat, että oljesta alkaa tulla vettä.

Kun puhallat pulloon, ilmanpaine pullon sisällä nousee, mikä puolestaan kohdistaa veteen voiman, joka pakottaa sen ylös olkea pitkin.

Miljoonan dollarin vedonlyöntikoe

Tätä koetta varten tarvitset:

• Vesi- tai soodapullon
• Paperinpalasen

Tehdäksesi kokeen noudata seuraavia vaiheita:

1. Laita pullo vaakasuoraan pöydälle.
2. Niputa paperipallo ja työnnä se pullon suuhun. Pallon pitäisi olla suunnilleen puolet pullon aukon koosta.
3. Haasta oppilasta puhaltamaan paperinippu pulloon sanomalla: ”Lyön miljoonasta dollarista vetoa, ettet saa puhallettua paperia pulloon!”.”

Kokeilua yrittävien on hyvin vaikea saada paperia menemään pulloon, koska pullossa jo oleva ilma ei pääse muualle kuin ulos pullon suuaukon kautta, jolloin se veisi paperin mukanaan.

Lentävien papereiden kokeilu

Lentävien papereiden kokeiluun tarvitaan vain tavallinen paperiarkki. Pidä arkkia alahuulta vasten ja puhalla sitten arkin yli. Huomaat, että arkki lentää ylöspäin! Tämä sama ilmiö selittää, miten lentokoneet voivat lentää. Kun puhallat arkin poikki, ilmanpaine laskee, koska ilma liikkuu nopeammin. Koska ilmanpaine arkin alapuolella on nyt suhteellisesti korkeampi, se työntää paperiarkkia ylöspäin.

Learn More About All Of Our Science Programs

Jos asut Pennsylvaniassa, New Jerseyssä, Marylandissa tai Delawaressa, tutustu Science Explorersin koulunjälkeisiin ohjelmiin ja kesäleiriohjelmiin. Tarjoamme ylpeänä myös tiedepäivien kenttäretkiä paikan päällä, perheiden tiedeiltoja ja kokouksia. Ota rohkeasti yhteyttä meihin verkossa saadaksesi lisätietoja!