Archimedov zákon

Na predmet ponorený do kvapaliny pôsobí vztlaková sila smerom nahor, ktorá sa rovná tiaži vytlačenej kvapaliny.

Archimedov zákon

Keď je predmet ponorený (alebo čiastočne ponorený) do kvapaliny, kvapalina naň pôsobí smerom nahor silou zvanou vztlaková sila.

Vztlaková sila

F_V = \rho_{kv} \cdot g \cdot V_{vytl}

ρ = hustota kvapaliny (kg/m³), g = 9,8 m/s², V = objem vytlačenej kvapaliny (m³).

Plávanie, klesanie, neutrálna vztlakovosť

Podmienka	Výsledok
$F_V > G$	Predmet stúpa / pláva
$F_V = G$	Neutrálna vztlakovosť (visí)
$F_V < G$	Predmet klesá

Záleží na priemernej hustote predmetu v porovnaní s kvapalinou.

Porovnanie hustôt

$\text{Pláva, ak } \overline{\rho}_{predmet} < \rho_{kvapalina}$

Oceľová loď pláva, pretože dutý tvar zväčšuje jej celkový objem, čo znižuje jej priemernú hustotu pod hustotu vody.

Poznámka Archimédes vraj objavil tento zákon vo vani a radostne vykríkol „Heuréka!" („Našiel som to!").

Drevená kocka (objem 0,002 m³) je úplne ponorená vo vode. Aká vztlaková sila na ňu pôsobí?

$F_V = 1000 \times 9{,}8 \times 0{,}002 = 19{,}6 \text{ N}$

Ak kocka váži menej ako 19,6 N, vystúpi a bude plávať.

Prax: Ponorka — potápanie a vynáranie

Ponorka riadi svoju hĺbku pomocou balastových nádrží vo vnútri trupu. Na ponorenie posádka otvorí ventily, ktoré napustia nádrže morskou vodou — celková hmotnosť vzrastie, kým neprekročí vztlakovú silu a loď klesne. Na vynorenie sa do nádrží vháňa stlačený vzduch, ktorý vytlačí vodu von: priemerná hustota klesne a vztlaková sila vynesie ponorku späť na povrch.

Prax: Plávací mechúr rýb

Väčšina kostnatých rýb má plávací mechúr — vak naplnený plynom vo vnútri tela. Úpravou množstva plynu v mechúri ryba mení svoju priemernú hustotu tak, aby zodpovedala okolitej vode, čím dosahuje neutrálnu vztlakovosť a môže bez námahy visieť v akejkoľvek hĺbke. Žraloky plávací mechúr nemajú a musia neustále plávať, aby neklesali.

Prax: Potápanie — ovládanie vztlaku

Potápač nosí kompenzátor vztlaku (BCD) — nafukovaciu vestu spojenú s fľašou so vzduchom. Pridaním vzduchu do BCD sa zväčší objem potápača (a teda aj vztlaková sila) bez pridania hmotnosti — potápač stúpa. Vypustením vzduchu sa vztlak zmenší a potápač klesá. Skúsení potápači nastavujú BCD tak, aby sa vznášali presne v požadovanej hĺbke.

Tip Kde vidíš Archimédov zákon v každodennom živote? Ponorky, lode, ryby, potápači, teplovzdušné balóny a dokonca gumená kačička vo vani — všetky závisia od vztlakovej sily vytlačenej tekutiny!

Cvičné príklady

Predmet vytlačí 0,5 litra (0,0005 m³) vody. Aká je vztlaková sila?

Zobraziť odpoveď

F_V = 1000 × 9,8 × 0,0005 = 4,9 N.

Ako sa ponorka potápa alebo vystupuje na povrch?

Zobraziť odpoveď

Mení svoju priemernú hustotu napĺňaním alebo vyprázdňovaním balastových nádrží vodou alebo vzduchom.