PLOVÁNÍ NESTEJNORODÝCH TĚLES Autor: RNDr. Kateřina Kopečná Gymnázium K. V. Raise, Hlinsko, Adámkova 55

Proč se nepotopí zaoceánská loď? Vždyť je vyrobena převážně z ocelových plátů o větší hustotě než má voda! [obr1] [obr2]

Opakování: PLOVÁNÍ TĚLESA = těleso se vzhledem k hladině kapaliny ustálí, jeho stoupání se zastaví vynoří se taková část tělesa, aby gravitační síla 𝐹 g a „nová – menší“ vztlaková síla 𝐹´ vz byly v rovnováze: 𝐹´ vz = 𝐹 g 𝐹´ vz odpovídá objemu ponořené části tělesa 𝑉´ t 𝜌 k 𝑔= 𝑚 t 𝑔 =𝑉 t 𝜌 t 𝑔

NESTEJNORODÉ TĚLESO: je těleso, které není celé z téže látky, mohou v něm být např. dutiny (vzduch) jinak: je složeno z různých látek o různých hustotách ukázky: stejnorodá tělesa nestejnorodá tělesa [obr3] [obr4]

POKUS: 1. KULIČKA Z PLASTELÍNY – klesá ke dnu má větší hustotu než voda vztlaková síla je menší než gravitační síla 2. MISKA Z PLASTELÍNY – plove (zachováme stejné množství plastelíny) miska z plastelíny je nestejnorodé těleso je to těleso složené z plastelíny a vzduchu, který je uvnitř misky ponořená část misky má postačující objem, aby vztlaková síla byla v rovnováze s gravitační silou, kterou působí Země na misku

UŽITÍ: při vhodné úpravě tvaru tělesa může plovat i těleso vyrobené převážně z materiálu, jehož hustota je větší než hustota kapaliny většinou dutá tělesa – PONORKY, PONTONY, LODĚ [obr5] [obr6] [obr7]

PONORKA: po stranách ponorky jsou umístěny komory, které se plní vodou nebo vzduchem PONOŘENÍ: komory se plní vodou, roste gravitační síla působící na ponorku VYNOŘENÍ: stlačeným vzduchem se voda vytlačí [obr5] [obr8]

POKUS: TĚLESO PLOVOUCÍ V RŮZNÝCH KAPALINÁCH SE PONOŘÍ RŮZNĚ POKUS: dřevěná kostka plove ve vodě i v glycerolu, ve vodě se ale ponoří víc vysvětlení: hustota vody je menší než hustota glycerolu 𝜌 𝑣𝑜𝑑𝑎 1 000kg/ m 3 < 𝜌 𝑔𝑙𝑦𝑐𝑒𝑟𝑜𝑙 (1 260kg/ m 3 ) ČÍM VĚTŠÍ HUSTOTA KAPALINY, TÍM MENŠÍ PONOR TĚLESA

HUSTOMĚRY Využívají poznatku: ČÍM VĚTŠÍ HUSTOTA KAPALINY, TÍM MENŠÍ PONOR TĚLESA HUSTOMĚR = skleněná trubice na obou koncích zatavená v dolní části trubice zataveny broky, na zúžené části je stupnice v kg/ m 3 nebo g/c m 3 při měření hustoty plove hustoměr v kapalině UŽITÍ: měření hustoty cukerného roztoku v cukrovaru měření hustoty mléka v mlékárně (čím více tuku v mléce, tím menší je jeho hustota) 𝜌 1 𝜌 2 𝜌 1 < 𝜌 2 [obr9]

DRUHY HUSTOMĚRŮ: hustoměry mají různé měřicí rozsahy (mají jinak nastavenou stupnici) označení kapaliny, pro jejíž měření je hustoměr určen, bývá obvykle uvedeno na zadní straně stupnice hustoměr pro měření hustoty kapaliny VĚTŠÍ než je hustota vody hustoměr pro měření hustoty kapaliny MENŠÍ než je hustota vody a) b)

Otázky a úlohy: Změní se PONOR LODI (tj. hloubka, do které je loď ponořena), když vypluje z řeky do moře? Zdůvodni. Ano, ponor lodi se změní, protože se změní hustota kapaliny, ve které je loď ponořena. Ponor se zmenší, protože hustota slané mořské vody je větší než hustota „sladké“ říční vody. Na loď v moři působí větší vztlaková síla než v řece.

Otázky a úlohy: Proč prázdná zazátkovaná skleněná láhev plove ve vodě, ačkoliv hustota skla je větší než hustota vody? Protože uzavřená láhev má dostatečně velký objem, aby vztlaková síla byla v rovnováze s gravitační silou, kterou působí Země na láhev. Na láhev tak působí větší vztlaková síla a láhev plove. Zazátkovaná láhev není těleso složené pouze ze skla, ale ze skla a ze vzduchu uzavřeného v láhvi.

Otázky a úlohy: Vysvětli, proč malé děti, které neumějí plavat, používají pěnové pásy nebo vzduchem naplněné pomůcky, např. plavací kruh či „křidýlka“. Objem dítěte s pásem či kruhem je dostatečně velký, aby vztlaková síla byla v rovnováze s gravitační silou, kterou působí Země na dítě s pásem. Na dítě působí větší vztlaková síla a dítě tak plove. Dítě s pásem kolem pasu již není pouze těleso o hustotě lidského těla (větší než hustota vody), ale jedná se o těleso složené z těla a ze vzduchu uzavřeného v kruhu či pásu.

Otázky a úlohy: Vejce ve vodě Vysvětlete, proč se čerstvé vejce vložené do sklenice s vodou potopí ke dnu. Vejce se potopí, protože jeho hustota je větší než hustota vody. pozn.: Zkažené vejce stoupá ke hladině, protože postupně vysychalo, je tedy naplněno vzduchem a postupně i plyny vznikajícími při jeho kažení, jeho hustota je tak menší než hustota vody. Přidávejte do vody ve sklenici lžičkou kuchyňskou sůl a roztok míchejte. Pozorujte, co se děje s vejcem a pokus vysvětlete. Jestliže postupně přidáváme do vody sůl, zvětšujeme tak hustotu kapaliny. Při určitém množství soli ve vodě se vejce začne volně vznášet v kapalině. Hustota slané vody je stejná jako hustota vejce. Při dalším přidávání soli vejce bude stoupat ke hladině a začne plovat. Hustota slané vody je větší než hustota vejce. S rostoucí hustotou kapaliny se bude stále více vynořovat.

Otázky a úlohy: POKUS: Vyrobte si svůj vlastní hustoměr, např. použitím brčka a drobných korálků nebo písku. Porovnejte pomocí svého hustoměru hustotu vody a hustotu ovocného sirupu, vodného roztoku kuchyňské soli a oleje.

Otázky a úlohy: Jestliže plavec skočí do vody, voda ho vynese na povrch. Člověk, který se topí, klesá stále do větší hloubky. Vysvětli tento rozdíl. Plavec, který skočí do vody, se před dopadem do vody nadechne. při nádechu se zvětší objem jeho těla, a proto se hustota jeho těla zmenší na plavce působí větší vztlaková síla Naopak člověk, který se topí, volá o pomoc a vydechuje, často také vdechne vodu. při výdechu se zmenšuje objem jeho těla, a proto se hustota jeho těla zvětší při polykání vody se zvětšuje jeho hmotnost, tj. velikost gravitační síly, která na něj působí na topícího se člověka působí menší vztlaková síla a zároveň větší gravitační síla, člověk klesá ke dnu.

Otázky a úlohy: Jaký objem má voda vytlačená lodí o hmotnosti 600 t? Řešení: 𝑚 t =600 t=600 000 kg 𝜌 k =1 000 kg/ m 3 𝑉 t ´= ? m 3 𝐹´ vz = 𝐹 g 𝑉´ t 𝜌 k 𝑔= 𝑚 t 𝑔 /:𝑔 𝑉´ t 𝜌 k = 𝑚 t 𝑉´ t = 𝑚 t 𝜌 k 𝑉´ t = 600 000 1 000 m 3 =600 m 3

Otázky a úlohy: Průměrná hustota lidského těla je 1 100 kg/ m 3 . Jakou silou je nadlehčován člověk o hmotnosti 68 kg, je-li celý ponořen do vody? Řešení: 𝜌 t =1 100 kg m 3 𝑚 t =68 kg 𝐹 vz =?N 𝐹 vz = 𝑉 t 𝜌 k 𝑔 𝐹 vz = 𝑚 t 𝜌 t 𝜌 k 𝑔 𝐹 vz = 68∙1 000∙10 1 100 N = 618 N

Zdroje: [obr1]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Motor_yacht_Gypsy_Girl_III.jpg?uselang=cs [obr2]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_040425-N-9964S-059_The_U.S._Navy_aircraft_carrier_USS_Harry_S._Truman_(CVN_75)_underway_off_the_Virginia_coast,_undergoing_a_Tailored_Ship%27s_Training_Availability_(TSTA).jpg [obr3]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gluehlampe_01_KMJ.jpg [obr4]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Football_(soccer_ball).svg [obr5]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Virginia_class_submarine.jpg?uselang=cs [obr6]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:White_Sailing_Boat.jpg [obr7]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pod_de_pontoane_Blonde_Avalanche.jpg [obr8]: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Turtle_model_at_the_Royal_navy_submarine_museum.jpg [obr9]: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Ar%C3%A4ometer.jpg 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.