Key concepts
Physics
Weather
Air
Atmospaine

Introduction
Have you ever watched a weather forecast on TV? Jos näin on, Olet ehkä huomannut sääkartalla liikkuvat kirjaimet ”H” ja ”L”. Niitä kutsutaan usein ”korkeapaineen” (H) ja ”matalapaineen” (L) vyöhykkeiksi. He puhuvat ilmanpaineesta. Ilmanpaineen muutokset voivat ennustaa sään lyhytaikaisia muutoksia. Mutta mistä tietää, muuttuuko Ilmanpaine-vai onko se korkea vai matala? Tutkijat ovat kehittäneet ilmapuntariksi kutsutun laitteen, jolla voidaan mitata ilmanpainetta. Tässä toiminnassa saat selville, miten barometri toimii rakentamalla sen itse!

Tausta
maata ympäröi ilmakehäksi kutsuttu ilmakerros. Ilmakehä on noin 300 mailia paksu, ja suurin osa siitä on 10 mailin säteellä maan pinnasta. Ilma koostuu kaasumolekyyleistä, kuten typestä, hapesta ja hiilidioksidista. Kaikki nämä molekyylit painuvat maahan, ja tätä painetta kutsutaan ilmanpaineeksi tai ilmanpaineeksi.

saatat yllättyä kuullessasi, että ilmalla on paino, vaikka et sitä tunne. Olemme kehittyneet niin, että kehossamme oleva paine vastaa ulkoista ilmanpainetta. Voit kuitenkin tuntea muutoksia ilmanpaineessa. Jos esimerkiksi lentää lentokoneella, korviin saattaa alkaa sattua. Tämä johtuu siitä, että korkealla sisäinen paine on suurempi kuin ulkoinen paine. Vasta kun tasapainotat molemmat paineet tekemällä korvistasi ”poksahtavia”, ne lakkaavat satuttamasta.

ilmanpaine on korkeimmillaan merenpinnan tasolla ja laskee siirryttäessä ylös ilmakehään. Merenpinnan tasolla normaali ilmanpaine vaihtelee 800-1050 millibaarin välillä. Mount Everestin huipulla ilmanpaine on noin 30 prosenttia pienempi! Ilmanpaine muuttuu korkeuden ja lämpötilan mukaan. Lämmin ilma, joka on vähemmän tiheää, nousee ja laskee ilmanpainetta. Kun se nousee, se jäähtyy ja muuttuu vesihöyryksi, joka sitten tiivistyy nesteeksi. Tämä johtaa pilvimuodostukseen ja sateeseen. Matalapaineeseen liittyy siis yleensä pilvistä ja sateista säätä. Toisaalta tiheän kylmä ilma nostaa ilmanpainetta. Kylmän ilman painuessa se kuivuu, mikä aiheuttaa lämpimiä ja kuivia sääolosuhteita korkeapaineen alueilla.

nyt kun tiedämme, miten ilmanpaine voi auttaa sään ennustamisessa, on vielä selvitettävä, miten Ilmanpaine mitataan. Tätä varten tutkijat ovat kehittäneet barometrin. Erilaisia ilmapuntareita on olemassa monia. Yksi niistä on vesipohjainen barometri: vesi suljetaan lasiastiaan, jossa on kapea nokka, joka yhdistää ulko-ja sisäpuolen. Kun ulkoilman paine kasvaa, se työntyy nokassa olevaan veteen, jolloin vedenpinta laskee. Kun vähemmän ilmaa (alempi Ilmanpaine) työntää vettä ruiskun sisällä, vedenpinta nousee. Tässä toiminnassa rakennat tämän barometrin muunnelman. Voiko se ennustaa huomisen säätä?

Materials

• Heat-resistant glass jar
• Rubber band that fits around the mouth of the glass jar
• Balloon
• Wooden skewer
• Scissors
• Tape
• Paper
• Pen
• Three bowls
• Tap water (hot and cold)
• Ice cubes
• Paper Pyyhkeet

valmistelu

• leikkaa ilmapallon suuaukko irti ja hävitä se, minkä jälkeen pingota jäljellä oleva ilmapallon pala lasipurkin aukon ympärille kietomalla se tiukasti.
• kiinnitä ilmapallo purkkiin kuminauhalla.
• teippaa puisen vartaan Pää tasaiseksi ilmapallon yläosaan niin, että suippo kärki osoittaa poispäin purkista.
• täytä ensimmäinen kulho huoneenlämpöisellä vedellä, toinen kulho kuumalla vesijohtovedellä (ole varovainen kuuman veden kanssa ja pyydä tarvittaessa aikuisen apua) ja kolmas kulho jäävedellä.
• Aseta ilmapuntari lähelle seinää, jonka vartaat ovat samansuuntaiset seinän kanssa.
• teippaa paperinpala barometrin taakse seinälle.
• piirrä paperille viiva, joka yhtyy vartaan kärkeen.
• merkitse paikka, johon ilmapuntari on sijoitettu. Sinun täytyy sijoittaa se samaan paikkaan myöhemmin toiminnan aikana.

menettely

• ota ilmapuntari ja laita lasipurkki kulhoon kuuman veden kanssa. Vesi ei saisi ulottua kuminauhaa pidemmälle. Mitä havaitset ilmapuntarissa? Huomaatko muutoksia? Jos kyllä, millaisia muutoksia?
• minuutin kuluttua ota ilmapuntari vedestä, kuivaa se nopeasti pois ja aseta se samaan kohtaan lähelle seinää, johon olet kiinnittänyt paperin. Tee paperille toinen viiva niin, että se yhtyy vartaan terävään kärkeen. Mihin kärki nyt osoittaa? Miten barometri muuttui?
• Aseta ilmapuntari kulhoon, jossa on huoneenlämpöistä vettä. Tarkkaile jälleen, mitä tapahtuu. Pidä kulhossa noin 10 minuuttia. 10 minuutin kuluttua miten barometri näyttää erilaiselta kuin ennen?
• laita 10 minuutin kuluttua ilmapuntari takaisin kohdalleen seinän viereen ja tee paperille toinen viiva, johon vartaat osoittavat. Mitä huomaat tällä kertaa?
• aseta seuraavaksi ilmapuntari kulhoon, jossa on jäävettä noin minuutin ajan. Mitä jäävedessä olevalle ilmapuntarille tapahtuu? Mitä eroja huomaat?
• aseta ilmapuntari jälleen paperikarttasi eteen ja tee toinen viiva, johon vartaan kärki osoittaa. Voitteko selittää havaintonne?
• Aseta ilmapuntari kulhoon huoneenlämpöisellä vedellä ja toista vaiheet vielä kerran. Mihin vartaan kärki osoittaa tällä kertaa? Miksi?
• Extra: Toista testit eri veden lämpötila. Miten tuloksesi muuttuvat muiden veden lämpötilojen kanssa?
• Extra: ota ilmapuntari ulos mittaamaan ilmanpainetta. Piirrä viivaimen näköinen vaaka toiselle paperille. Aseta sitten kaavio barometrin viereen niin, että keskiviiva on linjassa vartaan kärjen kanssa. Jätä ilmapuntari ulkopuolelle useaksi päiväksi, ja merkitse joka päivä, mihin vartaassa osoittaa. Mitä se tarkoittaa, kun kärki liikkuu vaa ’ alla ylös tai alas?

havaintoja ja tuloksia
onnistuitko mittaamaan ilmanpaineen muutosta ilmapuntarillasi? Tässä toiminnassa mitattiin lasipurkin sisällä tapahtuvia ilmanpaineen muutoksia-ei ulkoista ilmanpaineen muutosta. Koska emme voi itse muuttaa ulkoista ilmanpainetta, muutimme lasipurkin ilmanpainetta osoittaaksemme, miten ilmapallo ilmapuntari toimii.

kun lasipurkin sinetöi ilmapallolla, lasipurkin sisällä on tietty Ilmanpaine. Puisen vartaan kärjen tulisi olla melko tasainen lasipurkin yläosan kanssa, sillä pallopinta on hyvin tasainen. Kun lasipurkin laittaa kuumaan veteen, purkin sisällä oleva ilma kuitenkin kuumenee ja laajenee. Koska purkki on suljettu ilmapallolla, sillä ei ole pakopaikkaa—ja ilmapallo alkaa pullistua. Tämä johtuu siitä, että Ilmanpaine lasin sisällä kasvaa ja painaa ilmapalloa vasten. Tämän seurauksena puuvarras osoittaa alaspäin. Tekemäsi viivan pitäisi olla alkuperäisen viivan alapuolella.

kun ilmapallon laittaa huoneenlämpöiseen veteen, ilma jäähtyy takaisin huoneenlämpöiseksi siinä missä se oli ennen, joten pallosta pitäisi tulla taas tasainen. Samalla puinen vartaassa olisi linjassa alkuperäisen linjan. Päinvastoin käy, kun lasipurkin laittaa jääveteen. Kun purkin sisällä oleva ilma jäähtyy entisestään, se supistuu ja vetää ilmapallon purkkiin. Tämä saa puisen vartaan osoittamaan ylöspäin. Jäävedelle tekemäsi viivan pitäisi olla alkuperäisen viivan yläpuolella. Takaisin huoneenlämpöiseen veteen ilmapallon ja puisen vartaan pitäisi päästä takaisin alkuperäisiin asentoihinsa.

jos mittaat ulkoista ilmanpainetta ilmapuntarilla, käy päinvastoin: vartaassa näkyy ylöspäin nouseva Ilmanpaine, kun purkin ulkopuolinen ilma työntyy ilmapalloon. Kun ilmanpaine laskee, puuvarras osoittaa alaspäin. Merkintä sijainti puinen vartaassa joka päivä voi kertoa millainen sää odottaa!

Lisää tutkittavaa
mikä on Ilmanpaine?, Nasalta
kokoa muuttava tiede: How Gases Contract and Expand, from Scientific American
Suck It Up-with Cooling Air!, Scientific American
Science Activities for All Ages!, Tiedekavereilta

tämä toiminta toi sinulle yhdessä Tiedekavereiden kanssa