Pascal
SI-johdannaisyksikkö · suure: paine, mekaaninen jännitys
01 · Määritelmä
Paine, jonka yhden newtonin voima saa aikaan tasaisesti neliömetrille jaettuna. Yksikkö on häviävän pieni: ympärillämme oleva ilmakehä on satatuhatta pascalia.
Pascalin pienuus ei ole puute vaan seuraus järjestelmän rehellisestä rakentamisesta: se on koottu newtonista ja metristä ilman sovituskertoimia. Käytäntö tulee toimeen etuliitteillä — hehtopascalit sääennusteessa, kilopascalit ilmanvaihdossa, megapascalit hydrauliikassa, gigapascalit materiaalitekniikassa. Suureen olennaisin ominaisuus on toisaalla: paine ei riipu voimasta vaan siitä, kuinka suurelle alalle voima on asettunut. Sama nainen painaa piikkikorolla jälkiä parkettiin eikä jätä lenkkareissa merkkiäkään, koska tukipinta eroaa kaksisataakertaisesti.
Levossa olevassa nesteessä paine välittyy yhtä suurena kaikkiin suuntiin — juuri tämän Pascal itse havaitsi. Siitä hydraulinen puristin: pieneen mäntään painetaan kädellä, ja suuressa sama paine kerrottuna suuremmalla pinta-alalla antaa kymmeniä kertoja suuremman voiman. Tunkki, jarrut ja jokainen puristin elävät tästä säännöstä, joka samalla selittää, miksi astian pohjan paine riippuu vain patsaan korkeudesta eikä siitä, onko astia kapea vai leveä.
02 · Muunnos
Pascalit, baarit, ilmakehät, elohopeamillimetrit
Yksikään ala ei käytä pascalia sellaisenaan: meteorologia laskee hehtopascaleina, rengasväki baareina, lääkärit elohopeamillimetreinä, amerikkalainen tekniikka nauloina neliötuumaa kohti.
Fysikaalinen ilmakehä on määritelty tasan satayksituhannen kolmensadankahdenkymmenenviiden pascalin suuruiseksi — se on seitsemänsadankuudenkymmenen millimetrin elohopeapatsaan paine nollassa asteessa ja normaalilla putoamiskiihtyvyydellä. Tekninen ilmakehä on toinen asia: kilopondi neliösenttimetriä kohti, yhdeksänkymmentäkahdeksantuhatta kuusikymmentäkuusi ja puoli pascalia. Ero on kolme prosenttia, ja vanhoissa neuvostoliittolaisissa konekilvissä esiintyvät molemmat.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| Pa | pascal, SI-yksikkö | 101325 | fysiikan laskut |
| hPa | hehtopascal | 1013 | sääennuste |
| kPa | kilopascal | 101,33 | ilmanvaihto, lääketiede |
| MPa | megapascal | 0,1013 | hydrauliikka, lujuus |
| GPa | gigapascal | 1,013·10⁻⁴ | materiaalien kimmokerroin |
| N/m² | newton neliömetriä kohti | 101325 | sama kuin pascal |
| bar | baari | 1,01 | tekniikka, meteorologia ennen SI:tä |
| atm | fysikaalinen ilmakehä | 1 | kemia, vertailuolosuhteet |
| at | tekninen ilmakehä, kp/cm² | 1,03 | neuvostoliittolaiset konekilvet |
| mmHg | elohopeamillimetri, torr | 760 | lääketiede, tyhjiötekniikka |
| psi | naula neliötuumaa kohti | 14,7 | englanninkielinen tekniikka |
| Ba | barye, CGS-järjestelmä | 1013250 | akustiikka ja fysiikka ennen SI:tä |
Newton neliömetriä kohti ja pascal ovat yksi ja sama asia, ero on vain kirjoitustavassa. Hehtopascal on lukuarvoltaan sama kuin millibaari, siksi meteorologien siirtyminen SI:hin ei vaatinut totuttujen lukujen muuttamista
03 · Suuruusluokat
kiihdyttimen tyhjiöstä Auringon sisukseenSatayksituhatta kolmesataakaksikymmentäviisi — ilmakehä merenpinnan tasolla
04 · Mittalaitteet
Millä painetta mitataan
Ontto, poikkileikkaukseltaan soikea putki, kaareksi kierrettynä, pyrkii paineen alla suoristumaan, ja tämä liike siirtyy vivun välityksellä osoittimeen. Keksittiin 1849 eikä ole sen jälkeen juuri muuttunut: jokaisessa kompressorissa ja kaasupullossa on juuri se.
Poimutettu rasia, josta ilma on pumpattu pois, kutistuu ja laajenee ilmakehän mukana; jousi estää sitä lyttääntymästä. Laite ilman ainuttakaan elohopeapisaraa — siitä nimi aneroidi, nesteetön.
Piihin syövytetty kalvo taipuu mikrometrien verran, ja siihen rakennetut vastukset muuttavat arvoaan. Tällaisia antureita on puhelimessa, autossa ja sääasemalla, ja ne maksavat vähemmän kuin osoitinpainemittari.
Matalissa paineissa kalvoa ei enää saa taipumaan, ja mitataan toisin: kuumennetusta langasta poistuvan lämmön mukaan. Mitä ohuempi kaasu, sitä huonommin se vie lämpöä, ja lämmitystehosta päätellään paine aina pascalin tuhannesosiin asti.
05 · Kirjoitussäännöt
Iso P, pieni a
Tunnus on muodostettu sukunimestä ja alkaa siksi isolla kirjaimella, toinen on pieni: Pa. Etuliite kirjoitetaan kiinni ilman väliä, kilo pienellä, mega ja giga isolla: kPa, MPa, GPa. Venäläinen tunnus on Па.
Pieni m tarkoittaa milliä, ja mPa:ksi kirjoitetut megapascalit muuttuvat millipascaleiksi — miljardikertainen virhe. Kolmas esimerkki on vajaa: tekniikassa ilmoitetaan lähes aina ylipaine, laskettuna ilmakehästä, ja ilman merkintää luku on kaksiselitteinen. Absoluuttinen paine merkitään kirjaimella a ja ylipaine kirjaimella g, mikä englanninkielisessä dokumentaatiossa näyttää tältä: psia ja psig.
06 · Naapuriyksiköt
Baari on kätevä ilmakehän läheisyyden vuoksi, ilmakehä on sidottu elohopeapatsaaseen, ja pascal on ainoa, joka johdetaan järjestelmästä ilman sovitusta.
satatuhatta pascalia
newton neliömetriä² kohti
760 mm elohopeaa
Simetriumin naapurikorteissa: newton, josta pascal on rakennettu, baari ja ilmakehä SI:n ulkopuolisina saman käyttötarkoituksen yksikköinä, psi englanninkieliselle tekniikalle sekä elohopeapatsaan millimetri lääketieteelle.
07 · Historiallinen osa
Kuinka ilman todettiin painavan
Galileon oppilas sulki elohopeaa täynnä olevan putken ja käänsi sen maljaan: patsas laski seitsemäänsataankuuteenkymmeneen millimetriin ja pysähtyi. Sen yläpuolelle jäi tyhjiö, jota tiede oli siihen asti pitänyt mahdottomana.
Blaise Pascal pyysi lankoaan kantamaan ilmapuntarin Auvergnen tulivuoren huipulle. Elohopeapatsas laski kahdeksan senttimetriä: ilma painaa vuoren yllä heikommin kuin laakson yllä, ja siis ilmakehällä on paino.
Insinöörit laskivat kilopondeina neliösenttimetriä kohti, meteorologit ottivat käyttöön baarin ja millibaarin, lääkärit jäivät elohopeamillimetreihin. Sama painemittari kantoi eri maissa eri asteikkoja.
Neljästoista yleiskonferenssi antoi yksikölle oman nimen, vaikka se oli ollut järjestelmässä kuudennestakymmenennestä vuodesta. Meteorologit siirtyivät hehtopascaleihin kivuttomasti: se on lukuarvoltaan sama kuin millibaari.
Absoluuttinen, yli- ja se, mitä mittari näyttää
Lähes jokainen painemittari ei mittaa painetta vaan eroa: putken sisällä verrattuna ulkopuoleen. Siksi tyhjä rengas näyttää nollaa, vaikka ilmaa on, ja kotiverenpainemittari antaa satakaksikymmentä millimetriä ilmakehän seitsemänsadankuudenkymmenen päälle. Absoluuttinen paine saadaan lisäämällä ilmanpaine, ja juuri se esiintyy kaasujen tilanyhtälöissä — kahden viitetason sekoittaminen on yhä yleisin virhe lämpöteknisissä laskuissa. Erillinen hienous koskee elohopeapatsasta: sen korkeus riippuu elohopean tiheydestä ja tämä lämpötilasta, siksi määritelmä sitoo nollan asteen ja normaalin putoamiskiihtyvyyden. Lääketiede sivuuttaa tämän korjauksen, metrologia ei, ja paineen ensiönormaalit rakennetaan nykyään ei elohopeasta vaan painevaaoista, joissa paineen asettavat tunnetun massan punnukset tarkasti mitatun pinta-alan männällä.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 25 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
pascalin kortti on aukiSI-perusyksiköt
terrakotalla — kilogramma, metri ja sekunti, joista pascal on koottuSI:n ulkopuoliset yksiköt
terrakotalla — muiden järjestelmien paineyksikötKortin kieli
25 kieltä. Tunnus Pa on kansainvälinen, mutta arjen totuttu yksikkö vaihtelee: hehtopascalit eurooppalaisessa sääennusteessa, elohopeatuumat amerikkalaisessa, elohopeamillimetrit venäläisessä.