Viděli jste někdy nějakou z těch obřích výletních lodí? Nebo nákladní loď plnou kontejnerů? Nebo snad dokonce letadlovou loď pokrytou proudovými letadly? Jak je možné, že se tyto obrovské lodě dokáží vznášet na vodě? Voda má mnohem menší hustotu než ocel, ze které jsou tyto lodě vyrobeny. Tak proč se tyto lodě nepotopí na dno přístavu?“
Co je to vztlak?
Můžeme poděkovat Archimédovi, který jako první vysvětlil princip této hádanky. Archimédes byl řecký vědec, který se narodil v roce 287 před naším letopočtem. Tento princip je známý jako vztlak nebo Archimédův princip.
Archimédův princip říká, že síla působící na předmět v tekutině je rovna hmotnosti tekutiny vytlačené (přemístěné) tímto předmětem. Tato síla se nazývá vztlaková síla. Vztlaková síla tlačí předmět vzhůru. Gravitační síla působí na objekt směrem dolů (jeho hmotnost), která je určena hmotností objektu. Pokud je tedy síla, kterou gravitace působí na předmět směrem dolů, menší než vztlaková síla, předmět bude plavat.
Víte, že?“
Předpokládá se, že Archimedes běhal nahý po ulicích a křičel „Heuréka!“. („Mám to!“ v řečtině) poté, co si uvědomil, že množství vody vytlačené z jeho vany se rovná hmotnosti jeho těla.
Jak souvisí vztlak s hustotou?
Pokud je špalek dřeva o rozměrech jednoho krychlového centimetru (1 cm x 1 cm x 1 cm) umístěn do nádoby s vodou, množství vytlačené vody se bude rovnat hmotnosti špalku dřeva. Ale co když je kvádr stejné velikosti vyroben z olova? Olovo má mnohem větší hustotu než dřevo. Vložíme-li do nádoby s vodou kvádr o objemu jednoho centimetru krychlového olova, bude se množství vytlačené vody rovnat hmotnosti kvádru olova.
V případě dřeva je hmotnost vytlačené vody malá. Vztlaková síla je větší než gravitační síla, takže dřevo plave. Olovo má větší hustotu než dřevo. To znamená, že obsahuje větší hmotnost ve stejném objemu. Olovo tedy vytlačí více vody než dřevo. Gravitační síla působící na olovo je větší než vztlaková síla, takže olovo klesá ke dnu.
Jak se vztlak a hustota uplatňují u lodí?
Jak lze tento princip aplikovat na lodě? Lodě jsou obrovská ocelová plavidla. Loď může mít hmotnost stovek tisíc tun. Ocel má mnohem větší hustotu než voda, takže byste si mysleli, že se obrovské ocelové lodě potopí, že? Dobře, přemýšlejte znovu! To, co pomáhá udržet lodě na hladině, je jejich tvar a to, co je uvnitř. Lodě nejsou pevné kusy oceli. Místo toho jsou to většinou duté ocelové skořápky. Uvnitř lodi se nacházejí nejrůznější součásti. Uvnitř může být například lodní motor, palivo a náklad. Ale co je nejdůležitější, uvnitř lodi je vzduch!
Víte, že
Nejtěžší lodí na světě je Pioneering Spirit. Její výtlak činí přibližně 900 000 tun. To odpovídá asi 300 000 slonů!
Vzduch, který je uvnitř lodi, má mnohem menší hustotu než voda. Právě to ji udržuje na hladině! Průměrná hustota celkového objemu lodi a všeho uvnitř (včetně vzduchu) musí být menší než stejný objem vody. Když je loď usazena ve vodě, tlačí dolů a vytlačuje množství vody rovnající se její hmotnosti. Čím více se celková hustota lodi blíží hustotě stejného objemu vody, tím větší část lodi bude ve vodě. Pokud je průměrná hustota lodi někdy větší než hustota vody, pak se loď potopí pod hladinu vody.
Když se loď potopí, je to proto, že se do ní dostane voda. Ta vytlačuje vzduch, takže průměrná hustota lodi je větší než hustota vody. Jednou z nejznámějších katastrof je potopení lodi RMS Titanic. Loď narazila v dubnu 1912 na ledovec u jižního pobřeží Newfoundlandu. Ledovec protrhl několik malých otvorů v trupu lodi a vpustil vodu do přídě. Jak se do lodi dostávalo více vody, vytlačoval se z ní vzduch. To způsobilo, že loď klesla na dno oceánu.
Stejně jako všechny ostatní lodě, které se kdy potopily, i Titanic nakonec klesl na dno oceánu kvůli (nedostatku) vztlaku!“
Víte, že?“
Po nárazu do ledovce se Titanic potopil za 160 minut. To jsou pouhé 2 hodiny a 40 minut!
.