Vytláčanie kvapaliny a vztlak
Prečo sa kameň pod vodou zdvihá ľahšie, aj keď na dne nepláva?
Čo sa naučíš
- Vypočítam vztlakovú silu z ponoreného objemu.
- Odlíšim plávajúce a úplne potopené teleso.
Experiment
Vztlak je F = ρkvapaliny · Vponorené · g. Železo 7870 kg/m³ je celé pod vodou, preto Vponorené je celý objem. Vztlak je menší ako tiaž, kameň klesá, ale ruka cíti rozdiel.
Načítavam simuláciu…
Vyskúšaj
Potopí sa železo a ostane vztlak nenulový?
Oddeliť potápanie od predstavy, že vztlak zmizol.
- Nastav železo vo vode.
- Porovnaj tiaž a vztlak.
- Pozri ponorenú časť.
Správanie je potápa sa.
Overenie pochopenia
Aké veľký je vztlak, keď teleso vytlačí 0,002 m³ vody? ρ = 1000 kg/m³, g = 9,81 m/s².
Pri plávajúcom telese v pokoji:
Vysvetlenie
Pri železe a 0,001 m³ je tiaž oveľa väčšia ako vztlak. Vztlak predsa nie je nula. Pri dreve sa po ustálení vztlak rovná tiaži.
Kvapalina tlačí na ponorený povrch viac zdola ako zhora, lebo tlak s hĺbkou rastie. Výsledok tohto rozdielu je vztlaková sila a jej veľkosť sa rovná tiaži vytlačenej kvapaliny. Do vzťahu preto patrí ponorený objem, nie automaticky celý objem telesa.
Pojmy
- Vztlaková sila
- Sila kvapaliny nadol zmenšená o silu nahor, smeruje nahor.
- Vytlačená kvapalina
- Kvapalina, ktorej miesto zaujala ponorená časť telesa.
Príklad
Vedro s vodou vytiahneš z bazéna ťažšie vo chvíli, keď je nad hladinou. Kým bolo ponorené, časť tiaže vyrovnával vztlak.
Čo sa často mýli
- Vztlak nepôsobí len na plávajúce telesá.
- Pri potopenom telese sa nepoužije len objem nad hladinou, lebo žiadny nie je.
Čo model zjednodušuje
g berieme ako stále. Model nerieši prúdenie vody okolo telesa.
Vzorce
Vztlaková sila
Hustota kvapaliny krát ponorený objem krát gravitačné zrýchlenie.
- F_v
- vztlaková sila, N
- \rho
- hustota kvapaliny, kg/m³
- V_{ponor}
- ponorený objem, m³
- g
- gravitačné zrýchlenie, m/s²
Kedy platí: Kvapalina je v pokoji a má stálu hustotu. Pre plávajúce teleso je Vponor menší ako V.