Tässä blogikirjoituksessa selitämme kaasujousien rakenteen ja toimintaperiaatteet sekä tyypillisiä esimerkkejä niiden käytöstä arkielämässä yksinkertaisesti.
Monet lukijat ovat luultavasti olleet kiehtovia isänsä toimiston tai koulun korkeussäädettävistä tuoleista. Jos muistat lapsena istuneesi tuolissa ja vetäneesi vipua laskeaksesi tai nostaaksesi sitä, olet ehkä miettinyt, miksi tuoli laskeutui helposti aikuisen istuessa siinä, mutta ei yhtä helposti lapsen istuessa siinä. Tämä korkeudensäätömekanismi on kaasujousi. Tässä postauksessa selitän, miten se toimii.
Kaasujousi on hyvin yksinkertainen laite, joka koostuu suljetussa sylinterissä olevasta männästä, jossa sylinterin sisällä oleva ilma toimii jousen tavoin. Kun mäntää työnnetään sisäänpäin, sylinterin sisällä olevan ilman tilavuus pienenee, jolloin ilma puristuu ja energia varastoituu. Kääntäen, kun mäntään kohdistettu voima vapautuu, puristettu ilma laajenee, työntäen mäntää ulospäin ja synnyttäen voiman, joka yrittää palauttaa sen alkuperäiseen asentoonsa – juuri näin jousi käyttäytyy.
Ymmärtääksesi ilman puristumisen ja energian varastoinnin, tarkastellaan esimerkkiä ruiskusta. Jos tukkii ruiskun aukon sormellasi ja painaa mäntää, ilma puristuu kokoon ja tunnet voiman työntyvän takaisin kättäsi vasten. Samalla periaatteella, kun kaasujousen mäntä liikkuu sisäänpäin, sisäinen ilma vastustaa paineen muodossa, ja tämä paine varastoituu energiana, joka sitten työntää männän takaisin ulos.
Vaikka männässä on yksi tai useampi reikä, jotka sallivat ilman virtauksen sisään ja ulos molemmilta puolilta, kaasujousen jousen kaltaisen käyttäytymisen avain piilee siinä, miten mäntään kiinnitetty tanko muuttaa sylinterin sisällä viemäänsä tilaa. Kun mäntä liikkuu syvemmälle sylinteriin, sylinterin sisällä olevan ilman tilavuus pienenee, jolloin ilmanpaine nousee.
Männän työntäminen sisäänpäin pienentää ilmalle käytettävissä olevaa tilaa, mikä nostaa sisäistä painetta. Tämä paine varastoi energiaa, ja kun voima vapautuu, varastoitu energia vapautuu ja työntää männän takaisin ulospäin. Siten metallijousen tavoin joustavan voiman sijaan kaasujousi suorittaa saman tehtävän paineilman voiman avulla.
Toimistotuolit säätävät korkeuttaan tällä periaatteella. Kun tuolin vivusta vedetään, sisäinen venttiili avautuu, jolloin ilma pääsee virtaamaan sylinteriin ja sieltä ulos. Sylinterin sisäisen paineen muutoksesta riippuen mäntä joko työntyy ulospäin itsestään tai sisäänpäin ruumiinpainon vaikutuksesta, jolloin tuolin korkeus säätyy. Kun henkilö vetää vivusta istuessaan, hänen ruumiinpainonsa työntää mäntää sisäänpäin ja sisällä oleva ilma poistuu venttiilin läpi, jolloin tuoli laskee.
Saatat huomata, että kun kevyt lapsi istuu tuolissa ja vetää vivusta, tuoli ei laskeudu helposti tai saattaa jopa nousta. Tämä johtuu siitä, että ilma tuottaa korkean paineen tilavuuden muutosten seurauksena. Erityisesti silloin, kun männänvarsi on suunniteltu täyttämään lähes sylinterin sisätilavuus, pienikin tilavuuden muutos voi aiheuttaa erittäin suuren paine-eron. Joidenkin kaasujousien on raportoitu tuottavan noin 170 kertaa ilmakehän paineen suuremman voiman. Siksi toimistotuolit on suunniteltu aikuisen painon mukaan, ja ne voivat tarjota lapsille liikaa vastusta.
Tehokkaat kaasujouset ovat hyödyllisiä monella tapaa arkielämässä. Esimerkiksi auton tavaratila on painava ja vaikea nostaa käsin, mutta jos kaasujousi asennetaan, tavaratila voidaan nostaa helposti ja minimaalisella vaivalla. Lisäksi niitä käytetään laajalti raskaiden laitteiden, kuten kaivinkoneiden, ovien tai suojien tukemiseen ja erilaisten koneiden liikkuvien osien sujuvaan ohjaamiseen.
Vaikka ne eivät yleensä ole kovin huomattavia, kaasujouset ovat hiljaisesti auttaneet meitä jo pitkään; toimivuutensa puolesta niitä voi kuvailla eräänlaiseksi "laulamattomaksi sankariksi".
