Paine nesteissä

Tehdään koe! Ota muovipullo. Tee vaikkapa naulalla kolme samansuuruista reikää pystyriviin säännöllisin välein: yksi reikä keskelle, yksi sen yläpuolelle korkin ja keskireiän puoliväliin, ja yksi alas, pohjan ja keskireiän väliin. Teippaa reiät kiinni. Täytä pullo vedellä.

Ota teipit pois. Katso mitä tapahtuu. Vesi virtaa ulos rei´istä pieninä suihkuina. Voit merkitä kuinka kauas mikäkin suihku kantaa. Onko niissä eroja?

Ylin on heikoin, eikä kanna kovin pitkälle. Keskimmäisestä vesi lentää pitemmälle. Alin suihku on voimakkain ja vesi lentää pitemmälle kuin muista kahdesta. Kun pullo tyhjenee ja vedenpinta laskee, kaikki kolme virtaa heikentyvät ja vesi suihkuaa lähemmäs pulloa. Sitten vesivirrat yksitellen lakkaavat suihkuamasta.

Reikien etäisyydellä vedenpinnasta ja suihkun voimakkuudella on selvästi jokin yhteys. Kokeessamme painovoima vetää vettä alaspäin. Kun voima jakaantuu pinta-alalle, syntyy painetta. Piirrä viivat jokaisen reiän kohdalle. Tällä tapaa voimme ajatella vettä kerroksittain.

Katsotaan ensin ylintä viivaa. Sen yläpuolella on vain yksi vesikerros, jota painovoima vetää alas. Tämä kerros aiheuttaa vähäisen voiman, jolloin paine on matala. Keskimmäisen reiän yläpuolella on kaksi vesikerrosta. Kaksi kerrosta painaa enemmän kuin yksi, joten painovoiman aiheuttama voima on tämän reiän kohdalla suurempi.

Paine on korkeampi. Kolmannen reiän yllä on kolme vesikerrosta. Painovoiman aikaansaama voima on yhä suurempi ja paine on korkein. Enemmän vettä on enemmän painoa ja suurempi painovoiman synnyttämä voima, eli myös suurempi paine. Nesteen luoma paine kasvaa kun etäisyys pintaan kasvaa.

Mitä kauempana nesteen pinnasta ollaan, sitä enemmän painetta yläpuolella oleva neste luo. Mutta jos painovoima vaikuttaa alaspäin, miksi vesi ei vain tipu suoraan alaspäin reiästä? Ajattele vesi-ilmapalloa. Jos painat sen toista puolta, toinen puoli laajentuu. Vesi on nestettä.

Kun yhdestä suunnasta tulee painetta nesteeseen, se liikkuu ja painaa kaikkiin muihin suuntiin. Sama käy pullossamme olevalle vedelle. Kun painovoima painaa vettä alaspäin, vesi haluaa liikkua muihin suuntiin. Se painaa pullon seinämiä vasten ja työntyy ulos aukoista. Mitä enemmän painetta ylhäältä tulee, sitä enemmän painetta pullon seinämiinkin kohdistuu.

Mitä syvemmälle mennään, sitä korkeampi on paine joka suuntaan. Ja mitä korkeampi paine, sitä pitemmälle vesi suihkuaa. Olisiko paine erilainen, jos vesiastia olisi erimuotoinen? Katsotaan... Ota kaksi erimuotoista astiaa ja tee reiät täsmälleen samoille korkeuksille kumpaankin.

Täytä astiat samalle tasolle. Onko veden suihkuamisessa eroa? Kunhan astiat on täytetty samalla nesteellä, sama etäisyys pinnalta tarkoittaa samaa painetta. Astian muodosta riippumatta!