VZTLAKOVÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA TĚLESO V KAPALINĚ Autor: RNDr. Kateřina Kopečná Gymnázium K. V. Raise, Hlinsko, Adámkova 55

POKUS: OTÁZKA: PROČ NA BŘEHU KAMARÁDA NEUZVEDNEME A VE VODĚ ANO? Vysvětlení pomocí pokusu: změříme gravitační sílu 𝐹 𝑔 , kterou působí Země na závaží zavěšené na siloměru změříme sílu F působící na závaží zavěšené na siloměru zcela ponořené do kapaliny (pozorujeme 𝐹<𝐹 𝑔 ) závaží ponořené do kapaliny v klidu je nadnášeno silou, tzv. VZTLAKOVOU SILOU její velikost určíme jako rozdíl obou naměřených sil na siloměru 𝐹 𝑣𝑧 = 𝐹 𝑔 −𝐹 ODPOVĚĎ: NA CHLAPCE VE VODĚ PŮSOBÍ VZTLAKOVÁ SÍLA SMĚŘUJÍCÍ SVISLE VZHŮRU, PROTO HO SNADNĚJI UZVEDNEME

VZTLAKOVÁ SÍLA (zn. 𝐹 𝑣𝑧 ): je síla, kterou je nadlehčováno těleso ponořené do kapaliny směr: opačný než gravitační síla 𝐹 𝑔 velikost závisí: přímo úměrně na objemu ponořené části na hustotě kapaliny jednotka: 𝑝 ℎ =𝑃𝑎

Závislost velikosti vztlakové síly: NA OBJEMU PONOŘENÉ ČÁSTI TĚLESA POKUS: kolikrát je objem ponořené části tělesa větší, tolikrát je větší vztlaková síla působící na těleso NA HUSTOTĚ KAPALINY POKUS: např. v ethanolu jsou závaží nadlehčována menší silou než ve vodě ( 𝜌 𝑣𝑜𝑑𝑎 > 𝜌 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 )

Vznik vztlakové síly 𝐹 𝑣𝑧 : ponoříme-li do kapaliny krychli, na všechny její stěny působí kapalina hydrostatickými tlakovými silami na protilehlé boční stěny: jejich účinek se vyruší síly stejně velké (jsou vždy ve stejné hloubce) opačného směru na horní stěnu: síla 𝐹 1 … svisle dolů na dolní stěnu: síla 𝐹 2 … svisle vzhůru dolní stěna ve větší hloubce proto 𝐹 2 > 𝐹 1 výslednice sil (vztlaková síla) má směr větší síly, tj. svisle vzhůru 𝐹 𝑣𝑧 = 𝐹 2 − 𝐹 1

Otázky a úlohy: Jestliže zcela ponoříme těleso do vody v nádobě, působí na něj vztlaková síla. Změní se velikost této vztlakové síly, když do nádoby přilejeme další vodu? Odpověď zdůvodněte. Ne, velikost vztlakové síly se nezmění. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly … nezávisí na objemu vody, ve které je těleso zcela ponořeno závisí pouze na objemu ponořeného tělesa a na hustotě kapaliny

Otázky a úlohy: Tři kuličky ze stejného materiálu, ale různého objemu, jsou zcela ponořeny do vody. Na kterou kuličku působí voda NEJMENŠÍ vztlakovou silou? Odpověď zdůvodni. Nejmenší vztlaková síla působí na první kuličku. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na objemu ponořené části tělesa nejmenší kulička má nejmenší objem

Otázky a úlohy: Jedno ze dvou stejných ocelových závaží ponoříme do vody, druhé do ethanolu. Na které z těchto závaží působí VĚTŠÍ vztlaková síla? Odpověď zdůvodni. Větší vztlaková síla působí na závaží ponořené ve vodě. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na hustotě kapaliny, ve které je těleso ponořeno voda má větší hustotu než ethanol voda ethanol

Otázky a úlohy: Jestliže na konce rovnoramenné páky zavěsíme stejná ocelová závaží, páka bude v rovnovážné poloze. Poruší se rovnovážná poloha této páky, ponoříme-li (odpověď zdůvodni): jedno závaží do vody odpověď: ANO ponořené závaží bude nadlehčováno vztlakovou silou obě závaží do vody odpověď: NE závaží mají stejný objem, budou nadlehčována stejnou vztlakovou silou jedno závaží do vody a druhé do oleje závaží ve vodě bude nadlehčováno větší vztlakovou silou (voda má větší hustotu než olej)

Otázky a úlohy: Na koncích rovnoramenné páky jsou zavěšeny dva různé válečky: první menší váleček je vyroben z oceli, druhý větší váleček je vyroben z hliníku. Páka je v rovnovážné poloze. Oba válečky ponoříme do vody. Poruší se rovnováha páky? Odpověď zdůvodni. ANO, rovnováha páky se poruší. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na objemu ponořené části tělesa hliníkový váleček má větší objem, proto na něj bude působit větší vztlaková síla ocel hliník

Otázky a úlohy: Dvě stejné kuličky zavěsíme na první siloměr tak, aby byly pod sebou. Na druhý siloměr zavěsíme kuličky tak, že visí vedle sebe ve stejné výšce „jako třešně“. Takto zavěšené kuličky ponoříme do vody. Budou velikosti sil naměřených na siloměrech stejné nebo různé? Odpověď zdůvodni. Velikosti naměřených sil na siloměrech budou stejné. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na hustotě kapaliny, ve které je těleso ponořeno (ta je stejná) a na objemu ponořené části tělesa (objem je také stejný, jedná se o dvě stejné kuličky)

Otázky a úlohy: Vypočítejte velikost vztlakové síly působící na pravidelný čtyřboký hranol ponořený ve vodě. Jeho horní podstava je v hloubce 0,20 𝑚, dolní podstava je v hloubce 0,40 𝑚 pod hladinou vody. Obsah podstavy hranolu je 2,0 d 𝑚 2 . Řešení: ℎ 1 =0,20 m ℎ 2 =0,40 m S=2 d 𝑚 2 =0,02 𝑚 2 𝐹 𝑣𝑧 = ?𝑁 𝐹 𝑣𝑧 = 𝐹 2 − 𝐹 1 𝐹 𝑣𝑧 =𝑆 ℎ 2 𝜌 𝑘 𝑔−𝑆 ℎ 1 𝜌 𝑘 𝑔 = 𝑆 𝜌 𝑘 𝑔 ℎ 2 − ℎ 1 𝐹 𝑣𝑧 =0,02∙1 000∙10∙ 0,4−0,2 𝑁 𝐹 𝑣𝑧 =40 N

Otázky a úlohy: Dvě stejné ocelové kuličky jsou ponořeny do vody tak, že první je hlouběji než druhá. Působí na obě kuličky stejná nebo různá vztlaková síla? Odpověď zdůvodni. Svou odpověď také můžete ověřit pokusem. Na obě kuličky působí stejná vztlaková síla. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na hustotě kapaliny, ve které je těleso ponořeno a na objemu ponořené části tělesa (objem je stejný, vždy stejná kulička)

Otázky a úlohy: Dvě tělesa, jedno z mědi a druhé z olova, mají stejný objem. Obě tělesa ponoříme do vody do stejné hloubky pod hladinou. Porovnejte velikosti vztlakových sil působících na obě tělesa. Odpověď zdůvodněte. Na obě tělesa působí stejná vztlaková síla. Zdůvodnění: velikost vztlakové síly závisí na hustotě kapaliny, ve které je těleso ponořeno (je stejná) a na objemu ponořené části tělesa (objem obou těles je stejný)

Zdroje: KOLÁŘOVÁ, Růžena; BOHUNĚK, Jiří. Fyzika pro 7.ročník základní školy. 2. upravené vydání. Praha: Prometheus, spol. s r.o., 2004, Učebnice pro základní školy. ISBN 80-7196-265-1.