Transcript F48 - VZTLAKOVÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA TĚLESO V

Autor: RNDr. Kateřina Kopečná
Gymnázium K. V. Raise, Hlinsko, Adámkova 55

OTÁZKA: PROČ NA BŘEHU KAMARÁDA NEUZVEDNEME A VE VODĚ ANO?

Vysvětlení pomocí pokusu:






změříme gravitační sílu 𝐹g , kterou působí
Země na závaží zavěšené na siloměru
změříme sílu F působící na závaží zavěšené
na siloměru zcela ponořené do kapaliny
(pozorujeme 𝐹 < 𝐹g )
závaží ponořené do kapaliny v klidu je
nadnášeno silou, tzv. VZTLAKOVOU SILOU
její velikost určíme jako rozdíl obou
naměřených sil na siloměru
𝐹vz = 𝐹g − 𝐹
ODPOVĚĎ: NA CHLAPCE VE VODĚ PŮSOBÍ VZTLAKOVÁ SÍLA SMĚŘUJÍCÍ
SVISLE VZHŮRU, PROTO HO SNADNĚJI UZVEDNEME

je síla, kterou je nadlehčováno těleso ponořené do
kapaliny
směr: opačný než gravitační síla 𝐹g

velikost závisí: přímo úměrně




na objemu ponořené části
na hustotě kapaliny
jednotka: 𝐹vz = N

NA OBJEMU PONOŘENÉ ČÁSTI TĚLESA


POKUS: kolikrát je objem
ponořené části tělesa větší,
tolikrát je větší vztlaková
síla působící na těleso
NA HUSTOTĚ KAPALINY

POKUS: např. v ethanolu
jsou závaží nadlehčována
menší silou než ve vodě (𝜌𝑣𝑜𝑑𝑎 > 𝜌𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 )

ponoříme-li do kapaliny krychli, na všechny její stěny
působí kapalina hydrostatickými tlakovými silami

na protilehlé boční stěny: jejich účinek se vyruší
 síly stejně velké (jsou vždy ve stejné hloubce)
 opačného směru


na horní stěnu: síla 𝐹1 … svisle dolů
na dolní stěnu: síla 𝐹2 … svisle vzhůru
 dolní stěna ve větší hloubce
 proto 𝐹2 > 𝐹1

výslednice sil (vztlaková síla) má
směr větší síly, tj. svisle vzhůru

𝐹vz = 𝐹2 − 𝐹1
1.


Jestliže zcela ponoříme těleso do vody v nádobě,
působí na něj vztlaková síla. Změní se velikost této
vztlakové síly, když do nádoby přilejeme další
vodu? Odpověď zdůvodněte.
Ne, velikost vztlakové síly se nezmění.
Zdůvodnění: velikost vztlakové síly …


nezávisí na objemu vody, ve které je těleso
zcela ponořeno
závisí pouze na objemu ponořeného tělesa
a na hustotě kapaliny
2.


Tři kuličky ze stejného materiálu, ale různého
objemu, jsou zcela ponořeny do vody. Na kterou
kuličku působí voda NEJMENŠÍ vztlakovou silou?
Odpověď zdůvodni.
Nejmenší vztlaková síla působí
na první kuličku.
Zdůvodnění:


velikost vztlakové síly závisí na objemu ponořené
části tělesa
nejmenší kulička má nejmenší objem
3.


Jedno ze dvou stejných ocelových závaží ponoříme do
vody, druhé do ethanolu. Na které z těchto závaží
působí VĚTŠÍ vztlaková síla? Odpověď zdůvodni.
Větší vztlaková síla působí
na závaží ponořené ve vodě.
Zdůvodnění:
velikost vztlakové síly závisí
na hustotě kapaliny, ve které
je těleso ponořeno
 voda má větší hustotu než ethanol

voda
ethanol
4.
Jestliže na konce rovnoramenné páky zavěsíme stejná
ocelová závaží, páka bude v rovnovážné poloze. Poruší se
rovnovážná poloha této páky, ponoříme-li (odpověď
zdůvodni):
a)
jedno závaží do vody
 odpověď: ANO
 ponořené závaží bude nadlehčováno
vztlakovou silou
b)
obě závaží do vody
 odpověď: NE
 závaží mají stejný objem, budou nadlehčována
stejnou vztlakovou silou
c)
jedno závaží do vody a druhé do oleje
 odpověď: ANO
 závaží ve vodě bude nadlehčováno větší vztlakovou silou
(voda má větší hustotu než olej)
5.


Na koncích rovnoramenné páky jsou zavěšeny dva
různé válečky: první menší váleček je vyroben z oceli,
druhý větší váleček je vyroben z hliníku. Páka je
v rovnovážné poloze. Oba válečky ponoříme do vody.
Poruší se rovnováha páky? Odpověď zdůvodni.
ANO, rovnováha páky se poruší.
Zdůvodnění:
velikost vztlakové síly závisí
ocel
na objemu ponořené části tělesa
 hliníkový váleček má větší objem,
proto na něj bude působit větší vztlaková síla

hliník
6.


Dvě stejné kuličky zavěsíme na první siloměr tak, aby byly
pod sebou. Na druhý siloměr zavěsíme kuličky tak, že visí
vedle sebe ve stejné výšce „jako třešně“. Takto zavěšené
kuličky ponoříme do vody. Budou velikosti sil naměřených
na siloměrech stejné nebo různé? Odpověď zdůvodni.
Velikosti naměřených sil na
siloměrech budou stejné.
Zdůvodnění:

velikost vztlakové síly závisí
na hustotě kapaliny, ve které
je těleso ponořeno (ta je stejná)
a na objemu ponořené části
tělesa (objem je také stejný, jedná
se o dvě stejné kuličky)
7.

Vypočítejte velikost vztlakové síly působící na pravidelný čtyřboký
hranol ponořený ve vodě. Jeho horní podstava je v hloubce
0,20 m, dolní podstava je v hloubce 0,40 m pod hladinou vody.
Obsah podstavy hranolu je 2,0 dm2 .
Řešení:
ℎ1 = 0,20 m
ℎ2 = 0,40 m
𝑆 = 2 dm2 = 0,02 m2
𝐹vz = ? N
𝐹vz
𝐹vz
𝐹vz
𝐹vz
= 𝐹2 − 𝐹1
= 𝑆ℎ2 𝜌k 𝑔 − 𝑆ℎ1 𝜌k 𝑔 = 𝑆𝜌k 𝑔 ℎ2 − ℎ1
= 0,02 ∙ 1 000 ∙ 10 ∙ 0,4 − 0,2 N
= 40 N
8.


Dvě stejné ocelové kuličky jsou ponořeny do vody
tak, že první je hlouběji než druhá. Působí na obě
kuličky stejná nebo různá vztlaková síla? Odpověď
zdůvodni. Svou odpověď také můžete ověřit
pokusem.
Na obě kuličky působí stejná vztlaková síla.
Zdůvodnění:

velikost vztlakové síly závisí na hustotě
kapaliny, ve které je těleso ponořeno
a na objemu ponořené části tělesa
(objem je stejný, vždy stejná kulička)
9.


Dvě tělesa, jedno z mědi a druhé z olova, mají stejný
objem. Obě tělesa ponoříme do vody do stejné
hloubky pod hladinou. Porovnejte velikosti vztlakových
sil působících na obě tělesa. Odpověď zdůvodněte.
Na obě tělesa působí stejná vztlaková síla.
Zdůvodnění:

velikost vztlakové síly závisí
na hustotě kapaliny, ve které
je těleso ponořeno (je stejná)
a na objemu ponořené části
tělesa (objem obou těles je
stejný)