V vsakdanjem govoru večkrat slišimo fizikalno površno razlago, da lahka telesa plavajo, težka pa potonejo. Toda zakaj potem lažji ključ potone, če ga vržemo v vodo, težja ladja s povsem kovinskim ogrodjem pa plava na gladini?

Vemo, da je tlak v tekočini odvisen od globine. Če v vodo potopimo telo, je torej tlak na spodnji strani telesa večji od tlaka na zgornji strani. Voda na spodnji strani pritiska na telo bolj kot na zgornji strani.




Če v kozarec, ki je do roba napolnjen z vodo, pomočiš prst, boš opazil, da se nekaj vode razlije iz kozarca. To se zgodi, ker potopljeno telo (prst) izpodriva tekočino. Povezavo med silo vzgona in količino izpodrinjene tekočine je odkril Arhimed v 3. stol. pr. n. št. Danes tej njegovi ugotovitvi pravimo Arhimedov zakon.

Če potopimo telo v tekočino z veliko specifično težo, na telo deluje večja sila vzgona kot v primeru, ko telo potopimo v tekočino z majhno specifično težo. Zakaj torej ključ potone, banana pa plava? Na obe telesi delujeta dve sili, sila teže in sila vzgona. Ker je specifična teža kovine večja od specifične teže vode, je tudi sila teže ključa večja od sile vzgona, ki deluje na ključ. Zato skoraj vse kovine v vodi potonejo. Ker je specifična teža banane manjša od specifične teže vode, je tudi sila vzgona, ki deluje na banano, večja od sile teže banane, zato potopljena banana splava na gladino. Zaradi zveze med specifično težo in gostoto velja tudi, da je gostota večine kovin večja od gostote vode in gostota banane manjša od gostote vode.


Ko banana plava na gladini, se razmere spremenijo. Spomnimo se, kaj pravi zakon o ravnovesju sil. Če banana plava (miruje), potem mora biti vsota vseh sil, ki delujejo nanjo, enaka nič. Videti je, kot da se je sila vzgona zmanjšala. Se je res? Seveda, ko je banana splavala na vrh in obmirovala, ni bila v celoti potopljena.



Če banano potopimo pod vodo in opazujemo sile v trenutku, ko jo spustimo, vidimo, da je sila vzgona nanjo večja kot sila teže. Ko banana splava na površje, je je potopljene ravno toliko, da je sila vzgona nasprotno enaka sili teže.



Podobno kot posoda na vodi plava tudi ladja, ki je iz železa. Kako je to mogoče? Spomnimo se, da je ladja nehomogeno telo. Njen trup je iz železa, vendar je v njeni notranjosti veliko zraka. Povprečna gostota ladje je manjša od gostote vode, zato ladja lahko plava na vodi – izpodriva točno toliko vode, da je njena teža enaka sili vzgona, ki deluje na ladjo. Če bi bilo v njeni notranjosti namesto zraka toliko tovora, da bi bila povprečna gostota ladje večja od gostote vode, bi se ladja potopila. Sila vzgona, ki bi delovala na tako natovorjeno ladjo, bi bila manjša od sile teže ladje.

ZGLED


Na morju pod gladino potopimo žogo s prostornino 0,01 m3. Kolikšna sila vzgona deluje na žogo? Specifična teža morske vode je 10 250Nm3.

Fvzg = σt ⋅ V = 10250 Nm3 ⋅ 0,01 m3 = 102,5 N

Na žogo deluje sila vzgona 102,5 N.


Balon na vroč zrak

Sila vzgona je nujna tudi za vzlet balona na vroč zrak. Taki baloni za svoje delovanje izkoriščajo dejstvo, da je gostota vročega zraka nižja od gostote hladnega zraka.

Kako se potopi podmornica?

Podmornica je narejena tako, da lahko plava na vodi podobno kot ladja, lahko pa se tudi potopi. To doseže s pomočjo posebnih cistern, ki jim pravimo balastni tanki. Vanje lahko spustijo vodo in tako se podmornici poveča povprečna gostota in zato tudi povprečna specifična teža, zaradi česar potone. Če se želi podmornica dvigniti, mora izprazniti balastne tanke, da se ji povprečna gostota in povprečna specifična teža zmanjšata.



Zadnja sprememba: sreda, 3 junij 2020, 00:28