Mitä yhteistä on mittapaloilla ja kiipeilylasien prismoilla?

Varmistajan lasit, www.lepirateglasses.com

Koneistuksessa ja mittaustekniikassa käytetään yleensä teräksestä tai keraamista tehtyjä mittapaloja. Paloja käytetään esimerkiksi mittavälineiden, kuten mikrometriruuvien, kalibrointiin. Mittapaloja ja niiden yhdistelmiä käytetään referenssimittana, kun halutaan tietää joku tarkka pituusmitta. Esimerkiksi jos halutaan mitata 10 mm pitkä akseli, valitaan mittapalasarjasta 10 mm mittapala, kalibroidaan sen avulla mikrometriruuvi, tai muu mittausväline, ja käytetään kalibroitua mittausvälinettä varsinaisen kohteen mittaamiseen.

Mikrometriruuvin kalibrointia mittapalalla, atlanticscale.com

Mittapalat (eng. gauge blocks, Johansson's blocks) ovat valmistettu hiontaprosessilla, jolla palat ovat toleranssiluokasta riippuen mikrometrin osien sisällä halutuista mitoista. Mittapaloilla on mielenkiintoinen ominaisuus, jonka avulla niitä pystyy väliaikaisesti liittämään toisiinsa ilman ylimääräisiä liima-aineita. Liima-aineiden tai vastaavien puutos onkin varsin yllättävää, kun paloja koittaa irrottaa toisistaan. Sidos on hyvin vahva, eikä paloja saa enää sormineen suoraan vetämällä toisistaan irti. Palat kuitenkin irtoavat toisistaan vääntämällä. Tämä ominaisuus saadaan aikaan mittapalojen valmistustoleransseilla. Kun yhteen laitettavat kappaleet ovat pituusmittojen lisäksi mikrometrin osien tarkkuudella tasomaisia, tapahtuu yhteen liitettävien pintojen välillä mielenkiintoinen ilmiö.

Yhteen liitettyjä mittapaloja, toolnotes.com

Alankomaalaisfyysikko

Mittapalojen pinnat pysyvät toisissaan kiinni, vaikka niiden välissä, tai ulkopuolella, ei olisi mitään. Ilmiön pystyy toistamaan tyhjiössä, eikä palojen tarrautuminen vaadi minkään muun kuin niiden itsensä läsnäoloa.

Kun kaksi tasomaista, tai muuten toisiinsa hyvin yhteensopivaa pintaa tuodaan toisiinsa kiinni, syntyy niiden välille molekyylien välisiä heikkoja voimia, joita kutsutaan van der Waalsin voimiksi, erään alankomaalaisfyysikon mukaan. Van der Waalsin voimat ovat "heikkoja voimia", eivätkä siis luo läheskään niin suurta vaikutusta kuin esimerkiksi kovalenttiset sidokset. Siksipä niitä ei jokapäiväisessä elämässä huomaakaan, molekyylien kun tulee olla korkeintaan 0,3–0,4 nanometrin päässä toisistaan synnyttääkseen nämä voimat. Käytännössä mikään asia ei vahingossa ole niin litteä, että sen pinnasta tarpeeksi moni piste saataisiin toiseen pintaan sillä tavalla kiinni, että näiden voimien summa saataisiin huomattavan suureksi.

Vaikka korkean toleranssiluokan mittapalat ovat valmistettu optisesti litteiksi, eivät ne pelkästään yhteen tuomalla tarraudu toisiinsa kovin voimakkaasti. Palat pakotetaan toisiinsa voiman ja liu'utusliikkeen kanssa yhteen, jolloin syntyy tarpeeksi monta kosketuspistettä luomaan riittävän suuri, paloja yhteen vetävä voima.

Kiipeilylasit

Hauska jokapäiväisen elämän esimerkki todella tasomaisista pinnoista, jos siis harrastat kiipeilyä, on lajissa varmistamisen aikana käytettävien silmälasien prismat. Prismat taittavat sisään tulevan valon sellaisessa kulmassa, että varmistajan ei tarvitse rasittaa niskaansa katsomalla kiipeilijää suoraan ylöspäin, vaan hän voi pitää päänsä melko suorassa.

Onnistuin hajottamaan omat lasini treeneissä. Mielenkiinnostani irrotin niiden prismat ja aloin tutkimaan niitä. Tiesin, että optiset jutut yleensä valmistetaan aika tarkasti ja sain ajatuksen, että ehkä nämäkin pinnat saisi liu'utettua yhteen. Olin oikeassa!

Prismat tosiaan takertuvat toisiinsa.

Ilmiö oli niin voimakas, että kappaleita oli jopa vaikeaa irrottaa toisistaan. Niin vaikeaa, että pelkäsin hajottavani ne. Nyt, kun olen varmasti satoja kertoja leikkinyt ilmiöllä ja naarmuttanut pinnat lähes piloille, irtoavat ne toisistaan vähän helpommin :)

Lisää luettavaa löytyy linkeistä:
https://engineering.stackexchange.com/questions/56979/how-are-gauge-blocks-slip-gauges-manufactured

https://web.archive.org/web/20110605212431/http://www.starrett.com/pages/72_wringability.cfm

https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/optical-flats/

https://www.chemistrylearner.com/chemical-bonds/van-der-waals-forces