Loppukeväästä 2019 julkaistun suursuosion saavuttaneen hattara-artikkelimme jälkeen Vitsanen otti jälleen yhteyttä koulumme luonnontieteilijöihin. Hattaran kemiallisen olemuksen sijaan tällä kertaa käsittelyssä on kuitenkin fysikaalinen ongelma, eikä aivan mikä tahansa ongelma – se koskee jotakin, minkä alta kuljemme päivittäin, nimittäin kattoikkunoita, joita meidänkin koulustamme löytyy useita kappaleita ruokalan vierustalta. Tutkimuskysymys, jonka koulumme innovatiiviset tieteilijät päättivät ottaa tarkasteltavaksi, kuului seuraavasti: Missä lämpötilassa koulun kattoikkuna putoaa opiskelijoiden päähän lämpölaajenemisen vuoksi?
Neliönmuotoinen kattoikkuna on valmistettu 20 °C lämpötilassa niin, että lasin reuna menee puisen karmin sisään 2 cm verran kaikilta sivuilta. Karmin ulkoreuna on 2 m x 2 m ja ikkunalasi on kokonaisuudessaan 196 cm x 196 cm. Ikkunalasia ei ole kiinnitetty millään tiivisteellä, kuten esimerkiksi jonkinlaisella polysiloksaanilla. Puinen karmi on mäntyä. Aineen lämpölaajenemisen perusteella voidaan selvittää, missä lämpötilassa lasi putoaa katosta.
Lasi putoaisi katosta puisesta raamistaan noin 12 677 °C lämpötilassa. Lasi sulaa kuitenkin 1400-1600 °C lämpötilassa, joten todellisuudessa lasi ennemmin tippuisi katosta kuin putoaisi sieltä, jos tämä vajaa 13000 °C:n lämpötila saavutettaisiin. Tätä lämpötilaa ei mikään sääilmiö voisi synnyttää, ei edes tulivuori, josta purkautuva laava voi olla lämpötilaltaan jopa 600 °C ja 1 250 °C väliltä. Salamaniskun lämpötila on keskimäärin 20 000 °C, mutta tämä lämpötila laskee 100 millisekunnin aikana 4000 °C:een tai sen alle, joten salamasta ei ole sulattamaan ikkunaa. Lisäksi sen todennäköisyys, että salama osuisi juuri kyseiseen kattoikkunaan, on häviävän pieni.
Jos lasin haluaa kuitenkin alas kattoikkunasta lämpöopin keinoin, sitä voisi yrittää esimerkiksi TF-19 WASP Flamethower Dronella. Sillä pystyisi ampumaan yli 945 °C liekin yli 7 metrin päästä, ja dronea voisi ohjailla vaikka vessakopista seuraamalla dronen kulkua ohjaimessa olevasta näytöstä. Tällä menetelmällä ei täysin saavuteta lasin sulamislämpötilaa, mutta saatetaan pehmentää lasia ainakin jonkin verran.
Puu kuitenkin syttyy noin 250–300 °C:ssa. Ennen kuin lasi pehmenisi tarpeeksi tippuakseen katosta, ympäröivä puinen karmi todennäköisesti palaisi heikoksi ja joko putoaisi lasi mukanaan tai pudottaisi lasin kykenemättä enää kannattelemaan sitä. Lisäksi saisit todennäköisesti sakot tuhopoltosta, eikä rehtorikaan varmasti olisi kovin ilahtunut pienestä fysikaalisesta tutkimuksestasi.
Jos haluat vandalisoida kattoikkunaa, kannattaa unohtaa fysiikan kaavat ja ottaa käyttöön perinteiset keinot, kuten esimerkiksi käteen sopiva kivi, jonka jaksat viskata tarpeeksi lujaa ikkunaa päin. Emme kuitenkaan suosittele tällaista toimintaa tai kannusta siihen.
Kirjoittaneet Inkeri Mentula ja Stella von Plato. Toimittanut Maisa Mattila.
Lähteet:
Seppänen, Raimo ym.: MAOL taulukot. Otava 2013.
Karkkulainen, Juha ym.: eFysiikka 8, e-Oppi 2014. Päivitetty 30.7.2015.
How hot is a Hawaiian volcano? U.S. Geological Survey. https://www.usgs.gov/faqs/how-hot-a-hawaiian-volcano?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products. Luettu 21.8.2019.
Salamat ja ukkonen. Ilmatieteen laitos. https://ilmatieteenlaitos.fi/salama-ja-ukkonen#19. Luettu 21.8.2019.
TF-19 WASP Flamethrower Drone Attachment. Throwflame. https://throwflame.com/products/flamethrower-drone-kit/. Luettu 21.8.2019.
Gasoline As A Fire Hazard. Columbus Fire & Safety. http://www.columbusfire.net/gasoline-fire-hazard/. Luettu 21.8.2019.
Yleistä tietoa lasista. Lasinkaunis arki. https://www.lasityot.com/yleista-tietoa-lasista. Luettu 21.8.2019.
Paloteknisiä ominaisuuksia. Puuinfo. https://www.puuinfo.fi/puutieto/puu-materiaalina/paloteknisiä-ominaisuuksia. Luettu 21.8.2019.
Vitsanen 