Archimédův zákon
Základní znění
Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou. Její velikost se rovná velikosti tíhy kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořené části tělesa.
Platí jak pro kapaliny, tak pro plyny. Velikost vztlakové síly (F_\mathrm{vz}) je v plynech výrazně menší než v kapalinách kvůli jejich nižším hustotám.
F_{\mathrm{vz}} = V_{\mathrm{pod}} \cdot \rho_{\mathrm K} \cdot g
kde je g velikost tíhového zrychlení, V_{\mathrm {pod}} objem ponořené části tělesa a \rho_{\mathrm K} hustota kapaliny (případně plynu).
Těleso plovoucí po vodní hladině
Pro těleso plovoucí po hladině lze odvodit vztah mezi hustotami tělesa a kapaliny:
\frac{V_{\mathrm {pod}}}{V_{\mathrm {nad}} + V_{\mathrm {pod}}} = \frac{\rho_{\mathrm T}}{\rho_{\mathrm K}}
(\rho_{\mathrm T} je hustota tělesa, \rho_{\mathrm K} je hustota kapaliny, V_{\mathrm {pod}} je objem ponořené části tělesa a V_{\mathrm {nad}} + V_{\mathrm {pod}} = V je celkový objem tělesa.)
Příklady a využití Archimédova zákona
Archimédův zákon se uplatňuje v plynném prostředí, ale zejména v kapalném prostředí. Díky Archimédovu zákonu létají pouťové balonky i vzducholodě, na moři se nepotopí lodě, ponorky a ryby mohou ovlivňovat svůj pohyb ve vertikálním směru.
Tíha tělesa
- Při plavání určitě cítíte, že vás voda nadnáší. Vztlaková síla totiž působí na všechna tělesa – jak ve vodě, tak ve vzduchu.
- Proto když měříme „hmotnost“, zjistíme „váhu“ tělesa. Ta se od skutečné hmotnosti právě o tu nadlehčenou část.
- Rozdíl je ve vzduchu (\rho\approx 1{,}23\,\mathrm{kg/m^3}) jen nepatrný, ve vodě (\rho\approx 1000\,\mathrm{kg/m^3}) jej ale poznáme.
Pohyb pod vodou ve svislém směru
Archimédova zákona využívají k vertikálnímu pohybu ve vodě ryby. Jsou totiž vybaveny plynovým měchýřem.
Při pohybu ↑ jej nafouknou, a tím vzroste jejich V a tedy i F_\mathrm{vz}.
Při pohybu ↓ jej zase vyfouknou a F_\mathrm{vz} klesne.
Stejně to děláme i my při potápění s bombou. Když se více nadechneme a nafoukneme plíce stoupáme vzhůru, když dýcháme mělce klesáme.
- Podobný princip využívají ponorky, ve kterých jsou instalovány vzduchové komory. Během ponoru jsou tyto komory naplněny vodou, a tedy je ponorka tažena dolů. Pro výnor se komory naplní vzduchem, čímž se její hmotnost výrazně sníží a velikost vztlakové síly převýší velikost síly tíhové.
Pohyb ve vzduchu ve svislém směru
- Letecké stroje využívají toho, že je jejich průměrná hustota menší než hustota vzduchu. Poznáme je hlavně díky tomu, že největší objem zaujímá vak nebo plynová nádrž.
- Vzducholodě byly plněny plynem s menší hustotou než vzduch, tedy vodíkem (v dnešní době se již nevyužívá), nebo heliem. Horkovzdušný balón zase využívá řídkého horkého vzduchu.
Zajímavosti
- Nezáleží na tom, jaký objem těleso vytlačilo vzhůru. Jelikož hydrostatický tlak závisí pouze na hloubce kvůli hydrostatickému paradoxu, je nejdůležitější objem ponořené části tělesa.
Zavřít