VZTLAKOVÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA TĚLESO V ATMOSFÉŘE

Autor: RNDr. Kateřina KopečnáGymnázium K. V. Raise, Hlinsko, Adámkova 55

Působí na tělesa umístěná ve vzduchu vztlaková síla podobná vztlakové síle v kapalině?

POKUS: na jednom konci rovnoramenné páky je

zavěšena dutá zavřená skleněná koule na druhém konci je kovové závaží (jeho

objem je značně menší než objem koule) páka je ve vodorovné rovnovážné poloze páku umístíme i se stojánkem pod příklop

vývěvy a vyčerpáme z jejího okolí vzduch

pozorujeme, že páka na straně koule klesne

VYSVĚTLENÍ POKUSU:

CO SE ZMĚNILO ODČERPÁNÍM VZDUCHU?

na kouli i na závaží působí v obou případech gravitační síla svisle dolů

dokud byl v okolí páky vzduch – bylykoule i závaží vzduchem nadlehčovány

po odčerpání vzduchu přestane vztlaková síla působit a páka klesne na straně koule

větší vztlaková síla tedy působila na kouli,protože má větší objem než závaží

ARCHIMEDŮV ZÁKON PLATÍ I PRO VZDUCH:

na každé těleso v atmosférickém vzduchu působí vztlaková síla

podle Archimedova zákona platí:

kde je objem tělesaa je hustota vzduchu

hustota vzduchu ve vrstvě u povrchu Země je:

CHOVÁNÍ VOLNÝCH TĚLES V ATMOSFÉŘE ZEMĚ:

Na volné těleso působí: vztlaková síla - svisle vzhůru gravitační síla Země - svisle dolů

Možnosti porovnání těchto sil: … výslednice směřuje svisle vzhůru

těleso v atmosférickém vzduchu stoupá např. balónek naplněný vodíkem

… výslednice je nulová těleso se ve vzduchu volně vznáší

… výslednice směřuje svisle dolů těleso klesá k Zemi

UŽITÍ V PŘÍPADĚ :

sestrojení balónů, které v atmosféře stoupají plní se plynem, který má menší hustotu

než atmosférický vzduch (např. horkým vzduchem, vodíkem nebo heliem)

mají význam pro výzkumvysokých vrstev atmosféry,hlavně v meteorologii

někdy se používají i pro přepravu nákladů nebo osob na nepřístupná místa, ve sportu

[obr1]

Horkovzdušný balón

pohybuje se vzduchem na principu Archimedova zákona

skládá se z vlastního balónu a koše posádky

dnes nejčastěji: horkovzdušný balón – plněný zahřátým

vzduchem vzducholodě – řiditelné balóny plněné

netečným plynem heliem

[obr2]

[obr3]

BALÓN BRATŘÍ MONTGOLFIERŮ vznesl se jako první horkovzdušný balón 4. června 1783 před zraky

dvora krále Ludvíka XVI. prvními pasažéry byly ovce, kachna a kohout ještě tentýž rok se vznesl i první plynem plněný balón

tyto balóny pak bylyvyužívány v civilní a hlavněvojenské sféře

byly plněny vodíkem nebosvítiplynem a nakonecbezpečným heliem

koncem 19. století seobjevily první použitelnéřiditelné balóny- vzducholodě

[obr4]

SOUČASNOST v polovině 20. století opět stoupá oblíbenost

horkovzdušných balónů nejprve nejvíce armáda, postupem času koníček mnoha

nadšenců první český horkovzdušný balón byl vyroben brněnským

Aviatik Klubem a veřejnosti představen v roce 1983 užívá se:

dostupný stlačený propan-butan jako zdroj tepla pro ohřev vzduchu

dostatečně lehká a pevná nylonová tkanina pro výrobu obalu balónu

V KULTUŘE

balóny se objevují i v řadě uměleckých děl často např. v románech Julese Vernea

(francouzský spisovatel dobrodružné literatury): Pět neděl v balóně Tajuplný ostrov

[obr5]

Otázky a úlohy:

1. Proč ve vzduchu balónek naplněný heliem stoupá (např. balónek z pouti) a balónek naplněný vzduchem klesá?

Odpověď: hustota balónku naplněného heliem je menší než hustota

vzduchu (vztlaková síla je větší než gravitační síla působící na balónek), proto balónek stoupá vzhůru

naopak hustota balónku naplněného vzduchem je včetně balónku větší než hustota vzduchu, proto balónek klesák Zemi

Otázky a úlohy:

2. Vypočítejte vztlakovou sílu působící na dívku o hmotnosti ve vzduchu a porovnejte ji se vztlakovou silou působící na dívku ve vodě. Hustota vzduchu je , hustota vody . Předpokládejte, že hustota lidského těla je přibližně rovna hustotě vody.

Řešení:

,

Výpočet:

ve vzduchu: ve vodě:

poměr sil:

Vztlaková síla ve vodě je přibližně 800 krát větší než ve vzduchu.

Otázky a úlohy:

3. a) Porovnej vztlakovou sílu, kterou jsi nadlehčován(a) na stejném místě, např. před školou, v horkém letním dnua v chladném zimním dnu. Odpověď zdůvodni.

v létě jsme nadlehčováni menší vztlakovou silou než v zimě, protože teplý vzduch má menší hustotu než chladný vzduch, a proto i vztlaková síla v létě je menší než v zimě

b) Bude se měnit vztlaková síla, kterou jsi nadlehčován(a), když budeš stoupat na vysokou horu? Odpověď zdůvodni. ano, protože hustota vzduchu s rostoucí nadmořskou

výškou klesá vztlaková síla se tedy bude zmenšovat

Otázky a úlohy:4. Meteorologická sonda naplněná vodíkem má hmotnost

a objem .

a) Jak velkou vztlakovou silou působí na sondu atmosférický vzduch, který má hustotu asi ?

b) Jak velkou gravitační silou působí na sondu Země?

c) Určete velikost a směr výsledné síly F působící na volnou sondu.

směr: jak větší síla, tj. jako vztlaková síla – směr svisle vzhůru

d) Jak lze výslednou sílu změřit? siloměrem zjistíme, jak velkou silu musíme sondu držet, aby byla v klidu a nestoupala vzhůru