hledej
fotografie dne
Plování těles
 
FYZIKA V POZADÍ
Mechanika
 
Kinematika
Relativnost klidu a pohybu
Poloha hmotného bodu
Dráha hmotného bodu
Průměrná a okamžitá rychlost
Rovnoměrný přímočarý pohyb
Rovnoměrně zrychlený pohyb
Volný pád
Skládání pohybů a rychlostí
Rovnoměrný pohyb po kružnici
Dynamika
Síla a její účinky
Newtonovy zákony
1. Newtonův pohybový zákon
2. Newtonův pohybový zákon
3. Newtonův pohybový zákon
Odporové síly
Hybnost tělesa
Impuls síly
Zákon zachování hybnosti
Dostředivá a odstředivá síla
Vztažné soustavy
Inerciální vztažná soustava
Neinerciální vztažná soustava
Rotující vztažná soustava
Mechanická práce
Výkon
Účinnost
Mechanická energie
Zákon zachování energie
Představy o vesmíru
Keplerovy zákony
Gravitace
Problém tří těles
Měření gravitančí konstanty
Gravitační, tíhové - kdo se v tom má vyznat
Umělé družice
Pohyby v gravitačním poli Země
Vrhy
Slapové jevy
Rozměry a pohyby Země
Tuhé těleso
Skládání a rozkládání sil
Moment síly
Dvojice sil
Těžiště a stabilita tělesa
Jednoduché stroje
Kinetická energie tuthého tělesa
Moment setrvačnosti
Volná osa
Ráz těles
Základní vlastnosti tekutin
Tlak
Pascalův zákon
Hydrostatický tlak
Spojené nádoby
Atmosférický tlak
Vztlaková síla
Plování těles
Proudění tekutin
Bernoulliho rovnice
Proudění reálné tekutiny
Obtékání těles
Vodní motory
Využití energie proudící tekutiny
Lidské tělo a tlak
Použité zdroje
 
Důsledkem Archimédova zákona je různé chování těles v kapalině. Výslednice F těchto sil má směr síly větší a velikost rovnou rozdílu velikostí obou sil. Označíme V objem ponořeného tělesa, ρT průměrnou hustotu tělesa a ρ hustotu kapaliny. Pak velikost tíhové síly určíme FG = ρTVg a velikost hydrostatické vztlakové síly Fvz = ρVg. Porovnáváme-li velikosti těchto sil, může nastat jeden ze tří případů:
  1. FG < Fvz, ρT < ρ - těleso plove, jestliže hustota tělesa je menší než hustota tekutiny
  2. FG > Fvz, ρT > ρ - těleso klesá ke dnu, jestliže má větší hustotu než tekutina
  3. FG = Fvz, ρT = ρ - těleso se vznáší, když hustoty tekutiny a tělesa jsou si rovny.

Tyto případy platí i pro ohraničený objem plynu anebo kapaliny. Olej plave na vodě, voda plave na rtuti.
plování těles

Zajímavý případ nastane v případě, kdy těleso bude na hladině plovat, tedy ρT < ρ. Potom objem ponořené části tělesa V´ bude ve stejném poměru k celému objemu tělesa V jako poměru hustot ponořené části tělesa ρT a kapaliny ρ
plování těles
Tak například ledovec o hustotě 939 kg.m-3 plující ve slané vodě o hustotě 1 024 kg.m-3 bude ponořený z 939/1024 = 91,7 %. Podle různého ponoření tělesa do kapaliny se určuje hustota kapalin hustoměry. V kapalině s větší hustotou působí na hustoměr větší vztlaková síla, proto se hustoměr méně ponoří.

V kapalině však plavou také tělesa zhotovená z materiálu o větší hustotě, než je hustota kapaliny. Na tomto poznatku je založena stavba lodí. Vzhledem k velkému vytlačenému objemu vody a menší průměrné hustotě lodi zůstává např. značná část ocelové konstrukce lodi pod hladinou. Loď se nepotopí, protože obsahuje dutiny vyplněné vzduchem, jehož hustota je velmi malá, takže průměrná hustota tělesa je pak menší než vody.

Charakteristickou veličinou lodí je nosnost. Udává se jako hmotnost přípustného lodního nákladu při plném ponoru lodi. Je to rozdíl mezi hmotností plně naložené lodi a lodi prázdné. Hmotnost lodi i s nákladem se nazývá tonáž (uvádí se v tunách). Plná tonáž je dána ponořením lodi po tzv. čáru ponoru. Přitom hmotnost vytlačené vody neboli výtlak lodi je rovna tonáži. Nosná síla ponorky se reguluje pomocí vodních komor. Plní-li se komory vodou, ponorka se potápí, vytlačuje-li se voda z komor vzduchem, ponorka se vynořuje.

Podle principu akce a reakce působí plovoucí těleso na kapalinu svou tíhou FG soustředěnou v jeho těžišti T a rovněž kapalina působí na těleso vztlakem Fvz, rovným tíze tělesa. V obecném případě tvoří tyto dvě síly dvojici, která natáčí plovoucí těleso do takové polohy, v níž obě síly leží na společné svislici, kterou nazýváme osou plování. O stabilitě plování tělesa rozhoduje vzájemná poloha tzv. metacentra M a těžiště T. Metacentrem nazýváme průsečík vztlakové síly s osou plování při vychýlení osy plování ze svislé polohy. Je-li metacentrum M nad těžištěm T, stáčí dvojice sil, vzniklá vychýlením osy plování, těleso zpět do původní polohy. Takovou polohu tělesa nazýváme stabilní (stálou). Kdyby leželo metacentrum pod těžištěm, pak by dvojice sil výchylku ještě zvětšovala, a to tak dlouho, pokud by těleso nepřešlo do nějaké stabilní polohy. V tom případě hovoříme o poloze labilní (vratké). V případě, že metacentrum splývá s těžištěm tělesa, hovoříme o poloze indiferentní (volné).

metacentrum

Znalost polohy metacentra je důležitá u lodí, u nichž se s ohledem na složitost tvarů a struktur hustot látek obtížně určuje. Je-li metacentrická výška lodi velká, je loď sice stabilní, avšak do své rovnovážné polohy se při kymácení vrací rychle. Je-li metacentrická výška lodi malá, loď se lépe přizpůsobuje vlnám, avšak je labilnější. Uvádí se, že optimální metacentrická výška je kolem 5 % šířky lodi. Labilními loděmi byly například španělské galeony, které měli na zádi až pět pater ubikací.

Na existenci vztlakové síly v plynech je založeno vznášení těles ve vzduchu. O tom, že se tělesa mohou vznášet ve vzduchu pomocí horkého vzduchu, věděli už staří Číňané a Inkové v Peru. Po řadě neúspěšných pokusů svých předchůdců v listopadu roku 1783 bratři JacquesJoseph Montgolfierové vypustili v Paříži horkovzdušný balon ("montgolfiéru") o objemu 2000 m3. Balon byl naplněn vyhřátým vzduchem. Pařížský fyzik Jacques Alexandre Charles zdokonalil balon tím, že ho zmenšil (měl objem 380 m3) a naplnil vodíkem. 21. října 1783 se v něm vznesli první odvážní vzduchoplavci, fyzik Jean Francois Pilatre de Rosier a markýz d´Arlandes. O dva roky později se Pilatre stal první obětí vzduchoplavby, když se mu vodíkem plněný balon vzňal. Dalším vývojovým stupněm byl řiditelný balon z roku 1884 od Renarda s elektromotorem a Resslovými šrouby a Zeppelinův balon s tuhou kostrou z roku 1898.

stavové změny


 
Copyright (c) 2008 Techmania   All rights reserved.         Powered by NetPro systems, s.r.o.           Design by Jan Dienstbier, UUD ZCU.
Creative Commons License
Edutorium - Techmania science center by Magda Vlachová, Jindřich Káža is licensed under a Creative Commons 3.0 Unported License