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:
Tyto případy platí i pro ohraničený objem plynu anebo kapaliny. Olej plave na vodě, voda plave na rtuti. ![]() 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 ![]() 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). ![]() 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 Jacques a Joseph 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. ![]() |











