VZTLAKOVÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA TĚLESO V ATMOSFÉŘE

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

2. 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

3. 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

4. ARCHIMEDŮV ZÁKON PLATÍ I PRO VZDUCH: • na každé těleso v atmosférickém vzduchu působí vztlaková síla • podle Archimedova zákona platí: kde je objem tělesa a je hustota vzduchu • hustota vzduchu ve vrstvě u povrchu Země je:

5. 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

6. 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]

7. 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]

8. 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]

9. 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

10. V KULTUŘE • balóny se objevují i v řadě uměleckých děl • často např. v románech JuleseVernea(francouzský spisovatel dobrodružné literatury): • Pět neděl v balóně • Tajuplný ostrov [obr5]

11. Otázky a úlohy: • 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

12. Otázky a úlohy: • 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: ,

13. Výpočet: • ve vzduchu: ve vodě: • poměr sil: • Vztlaková síla ve vodě je přibližně 800 krát větší než ve vzduchu.

14. Otázky a úlohy: • 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 nadmořskouvýškou klesá • vztlaková síla se tedy bude zmenšovat

15. Otázky a úlohy: • Meteorologická sonda naplněná vodíkem má hmotnost a objem . • Jak velkou vztlakovou silou působí na sondu atmosférický vzduch, který má hustotu asi ? • Jak velkou gravitační silou působí na sondu Země? • Určete velikost a směr výsledné síly F působící na volnou sondu. • směr: jak větší síla, tj. jako vztlaková síla – směr svisle vzhůru • Jak lze výslednou sílu změřit? • siloměrem zjistíme, jak velkou silu musíme sondu držet, aby byla v klidu a nestoupala vzhůru