Archimedov zákon

Archimedov zákon je fyzikálny zákon z hydrostatiky, ktorý sformuloval grécky učenec Archimedes zo Syrakúz. Príbeh objavu tohoto zákona Archimedom je spísaný v knihe De architectura od Vitruvia.

O rovnomennom filme pozri Archimedov zákon (film).

Znenie Archimedovho zákona

Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované hydrostatickou vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny s rovnakým objemom ako je objem ponorenej časti telesa.

Dôkaz Archimedovho zákona

Teleso v kvapaline.

Vysvetlenie

Máme teleso v tvare kvádra v kvapaline, s rozmermi $a,b,h$ a hustote $\rho _{t}$ tak, že horná strana je v hĺbke $h^{\prime }$ pod voľným povrchom kvapaliny. Hustotu kvapaliny označme $\rho _{k}$ . Predpokladajme, že na teleso ponorené do kvapaliny pôsobí iba tiažová sila $F_{G}$ a hydrostatická vztlaková sila $F_{\mbox{vz}}$ . Veľkosť tiažovej sily sa potom dá vyjadriť v tvare $F_{G}=m.g=V.\rho _{t}.g$ . Veľkosť hydrostatickej vztlakovej sily vyjadríme v tvare $F_{\mbox{vz}}=V.\rho _{k}.g$ . Výslednica oboch týchto síl závisí na hustote tuhého telesa $\rho _{t}$ a hustote kvapaliny $\rho _{k}$ , v ktorej je teleso ponorené, pretože

F=F_{G}-F_{\mbox{vz}}=V.g.(\rho _{t}-\rho _{k})\,

Dôsledky

Možné prípady výslednej sily, ktorá pôsobí na tuhé teleso.

hustota tuhého telesa je väčšia ako hustota kvapaliny ( $\rho _{t}>\rho _{k}$ )

Tiažová sila, ktorá pôsobí na teleso, je väčšia ako hydrostatická vztlaková sila. Výslednica síl smeruje dole a teleso klesá ku dnu.

hustota tuhého telesa je rovnaká ako hustota kvapaliny ( $\rho _{t}=\rho _{k}$ )

Tiažová sila je rovnaká ako hydrostatická vztlaková sila. Výslednica síl je teda nulová a na teleso nepôsobí žiadna sila. Teleso sa v kvapaline vznáša, tzn. nestúpa ani neklesá.

hustota tuhého telesa je menšia ako hustota kvapaliny ( $\rho _{t}<\rho _{k}$ )

Tiažová sila pôsobiaca na teleso je menšia ako hydrostatická vztlaková sila. Výslednica síl smeruje nahor, čo spôsobuje, že teleso stúpa ku voľnej hladine kvapaliny. Teleso z látky, ktorej hustota je menšia ako hustota kvapaliny pláva na hladine kvapaliny.

Tiažová sila pôsobiaca na teleso, ktoré pláva na hladine, je v rovnováhe s hydrostatickou vztlakovou silou, ktorá pôsobí na ponorenú časť telesa. Ak je

V

objem telesa a

V^{\prime }

objem ponorenej časti, potom platí

V.\rho _{t}.g=V^{\prime }.\rho _{k}.g

Pre pomer ponorenej časti telesa ku objemu celého telesa platí:

{\frac {V^{\prime }}{V}}={\frac {\rho _{t}}{\rho _{k}}}

Objem ponorenej časti telesa je tým väčší, čím je menšia hustota kvapaliny. Tento princíp sa využíva pri meraní hustoty kvapalín pomocou hustomera. Na princípe aerostatického vztlaku fungujú napr. balóny a vzducholode.

Hmotnosť vytlačenej kvapaliny je priamo úmerná objemu vytlačenej kvapaliny. Preto, ak máme dva objekty rovnakej hmotnosti ale rozdielneho objemu, je teleso s väčším objemom nadľahčované väčším vztlakom.

Zovšeobecnenie

F_{\mathrm {vztl.} }=\rho

.

g

.

V

kde

\rho

– je hustota kvapaliny v (kg.m⁻³)

g

– tiažové zrýchlenie v (m.s⁻²)

V

– objem ponorenej časti telesa v (m³)

Praktická aplikácia zákona

Archimedes zisťuje rýdzosť zlata na kráľovskej korune

Archimedov zákon platí aj pre plyny. Na princípe aerostatického vztlaku fungujú napríklad balóny a vzducholode.
K objavu sa viaže historka, podľa ktorej Archimedes prišiel na podstatu zákona pri kúpeli. Premýšľal, ako odhaliť podvod klenotníka, ktorý nahradil zlato v kráľovskej korune iným, menej ušľachtilým kovom. Myšlienka, ako porovnať objemy kovových predmetov známej hmotnosti, mu napadla pri pozorovaní hladiny vody vo vani, do ktorej sa ponoril. Objav ho vraj uviedol do takého tranzu, že pobehoval nahý po meste s výkrikmi "Heuréka!" (Našiel som!).

Pozri aj

Mechanika tekutín

Literatúra

KVASNICA, Jozef, et al. Mechanika. 2. vyd. Praha : Academia, 2004 ISBN 80-200-1268-0

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.