19. Vztlaková síla, Archimedův zákon Název SŠ: SŠ-COPT Uherský Brod Autor: Mgr. Anna Červinková Název prezentace (DUMu): 19. Vztlaková síla, Archimedův zákon Název sady: Fyzika pro 1. ročník středních škol – obor mechanik seřizovač a technik puškař Ročník: 1. Číslo projektu: CZ.1.07./1.5.00/34.0727 Datum vzniku: 15. 12. 2012 Uvedení autoři, není-li uvedeno jinak, jsou autory tohoto výukového materiálu a všech jeho částí. Tento projekt je spolufinancován ESF a státním rozpočtem ČR.

Záměrem této sady výukových materiálů s názvem Fyzika pro 1 Záměrem této sady výukových materiálů s názvem Fyzika pro 1. ročník středních škol – obor mechanik seřizovač a technik puškař je shrnout žákům prvních ročníků technických oborů základní poznatky z daných odvětví fyziky. Jednotlivé DUMy (prezentace) v této sadě přiblíží postupně žákům jednotlivé fyzikální obory, se kterými se setkají v praxi i v hodinách na naší SŠ. Konkrétně tato prezentace je zaměřena na objasnění chování těles v tekutinách v závislosti na jejich hustotě

Vztlaková síla Je příčinou nadlehčování těles v tekutinách Vzhledem k malé hustotě je v plynech vztlaková síla mnohem menší Značka: Fvz Jednotka: N (Newton)

Platí: Fvz = V·ρ·g V – objem ponořené části tělesa ρ – hustota kapaliny g – gravitační konstanta Směr síly je svisle vzhůru Je příčinou nadlehčování těles v tekutinách Vzhledem k malé hustotě je v plynech vztlaková síla mnohem menší než v kapalinách

Odvození vzorce pro vztlakovou sílu Na všechny stěny kvádru působí tlakové síly Na boční stěny působí síly stejně velké, opačného směru, proto se jejich účinek ruší V S h1 h2 h Fo F2 F1 F´o

Na horní podstavu působí tlaková síla F1 = S·h1·ρ·g Na dolní podstavu působí tlaková síla F2 = S·h2·ρ·g Výslednicí těchto dvou sil je síla Fvz = V·ρ·g nazývaná vztlaková síla V S h1 h2 h Fo F2 F1 F´o

Archimedův zákon Objevil ve 3. století př. n. l. řecký učenec Archimedes Vychází ze skutečnosti, že tělesa při ponoření do kapaliny vytlačí stejný objem kapaliny, jako je objem ponořených těles

Znění Archimedova zákona Těleso ponořené do kapaliny je nadnášeno silou, která se rovná tíze kapaliny o stejném objemu, jako je objem ponořené části tělesa Na těleso ponořené do kapaliny působí svisle vzhůru vztlaková síla

Příklad 1 a řešení Určete, jak velká síla nadlehčuje ve vodě kámen o objemu 15 dm3

Příklad 2 Určete, jak velkou silou zvedneme ve vodě kámen o objemu 6000cm3, je-li jeho hmotnost 15 kg.

Řešení příkladu 2

Příklad 3 Žulová kostka o hraně délky 1 dm a hmotnosti 2,5 kg je zcela ponořena do vody. Určete, jak velkou tlakovou silou je nadlehčována a jakou silou působí na dno nádoby.

Řešení příkladu 3

Chování těles v kapalinách Závisí na hustotě kapaliny a tělesa Rozlišujeme tři základní možnosti: klesá ke dnu, vznáší se a stoupá k hladině Těleso stoupá k hladině až do doby, než se vyrovná tíhová a vztlaková síla

Těleso stoupá k hladině Těleso klesá ke dnu Fvz < FG ρk < ρt Těleso se vznáší Fvz = FG ρk = ρt Těleso stoupá k hladině FG< Fvz ρt<ρk FG Fvz FG Fvz FG Fvz

Příklad a řešení Určete, jaká část objemu ledové kry vyčnívá nad hladinu moře, je-li hustota ledu 920 kg/m3 a hustota mořské vody je 1020 kg/m3 Pod vodou je 90 % objemu kry, 10 % je tedy pod vodou.

Závěrečný test Skupina A Jak se chová ve vodě těleso o hustotě 994kg/m3 a proč? Kdy budeme potřebovat na zvednutí kamene větší sílu, ve vodě, nebo ve rtuti o hustotě 13546 kg/m3 a proč? Napište Archimedův zákon Určete sílu, kterou zvedneme z vody těleso o hmotnosti 16 kg a objemu 7 dm3

Skupina B Jak se chová ve vodě těleso o hustotě 7900kg/m3 a proč? Kdy budeme potřebovat na zvednutí kamene větší sílu, ve vodě, nebo ve benzínu o hustotě 700 kg/m3 a proč? Napište Archimedův zákon Určete sílu, kterou zvedneme z vody těleso o hmotnosti 75 kg a objemu 5 m3

Odpovědi Skupina A Stoupá k hladině, protože má menší hustotu než voda Ve vodě, protože ve vodě působí na těleso menší vztlaková síla Těleso ponořené do kapaliny je nadnášeno silou, která se rovná tíze kapaliny o stejném objemu, jako je objem ponořené části tělesa Fvz = 88,29 N

Skupina B Klesá ke dnu, protože má větší hustotu než voda V benzínu, protože v benzínu působí na těleso menší vztlaková síla Na těleso ponořené do kapaliny působí svisle vzhůru vztlaková síla Fvz = 686,7 N

Seznam zdrojů pro textovou část LEPIL, O. a kol. Fyzika pro střední školy 1.díl. 3. vyd. Praha: Prometheus s.r.o., 1995 SVOBODA, E. a kol. Přehled středoškolské fyziky. 3. vyd. Praha: Prometheus s.r.o., 2005 MIKULČÁK, J. a kol. Matematické, fyzikální a chemické tabulky a vzorce pro střední školy. 1. vyd. Praha: Prometheus s.r.o., 2005 LEPIL, O. a kol. Sbírka úloh z fyziky pro střední školy. 1. vyd. Praha: Prometheus s.r.o., 1995 BEDNAŘÍK, M. a kol. Fyzika I pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1984

Seznam zdrojů pro použité obrázky Snímek 7 - [2010-17-11]. Dostupný pod licencí  public domain na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Archimede_bain.jpg