Archimedov zákon

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Disambig.svg O rovnomennom filme pozri Archimedov zákon (film)

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.

Znenie Archimedovho zákona[upraviť | upraviť zdroj]

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

Dôkaz Archimedovho zákona
Teleso v kvapaline.

Vysvetlenie[upraviť | upraviť zdroj]

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[upraviť | upraviť zdroj]

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[upraviť | upraviť zdroj]

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[upraviť | upraviť zdroj]

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, ho 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[upraviť | upraviť zdroj]

Literatúra[upraviť | upraviť zdroj]