Interaktivní a zábavné tábory a kroužky pro děti
Lekce IV / 02 - Plavání a potápění
Cíl lekce:
Žáci se seznámí s Archimédovým zákonem, v souvislosti s ním se dozví, jak je možné, že např. lidé a velké lodě mohou plavat po vodě, aniž by se potopili, a na jakých principech funguje ponorka. V experimentální části si sestaví např. potápěče nebo ponorku.
Zeptejte se Vašich dětí:
- Co všechno může plavat?
- Mohou plavat i těžké předměty?
- Jak je možné, že velké těžké lodě mohou plavat a nepotopí se?
- Co je ponorka?
- Jak se nazývá zákon, který popisuje jev, kdy se zvedá hladina vody při ponoření tělesa do vody?
- Jak se jmenuje síla, která nadzvedává nás nebo lodě při plavání?
- Jak se dostane ponorka pod vodní hladinu?
Hustota
Hustota je fyzikální veličina, která vyjadřuje hmotnost látky připadající na jednotku objemu. Hustota kapalin může být měřena pomocí hustoměru (podobný teploměru, stupnice je opačně – nahoře nejmenší hustota, dolů stupnice stoupá). Hustotu některých pevných látek, kapalin i plynů je možné nalézt v tabulkách a je možné ji i spočítat tak, že se dělí hmotnost tělesa jeho objemem. Hustota látek závisí na tlaku a teplotě. Hustota se značí řeckým písmenem ρ (ró) a její jednotkaje kg/m3.
Porovnání hustoty od VNB
Obrázek Porovnání hustoty od VNB
Archimédův zákon
Archimédův zákon je využíván při určování hustoty kapalin. Znění Archimédova zákona: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené. Tento zákon je pojmenován po jeho objeviteli, antickém učenci Archimédovi ze Syrakus, který tento zákon údajně odvodil ve vaně, kde si všiml, že po ponoření do lázně hladina vody stoupla.
Důsledky Archimédova zákona:
Hustota tělesa je VĚTŠÍ než hustota kapaliny => těleso klesá ke dnu.
Hustota tělesa je STEJNÁ jako hustota kapaliny => těleso se v kapalině vznáší, tzn., nestoupá ani neklesá.
Hustota tělesa je MENŠÍ než hustota kapaliny => těleso plave na hladině kapaliny.
Archimédův zákon
Obrázek Eureka arkimedi od Arlindi1999 [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons
Schopnost plavat
Jelikož je lidské tělo lehčí než voda, může ve vodě plavat. Na druhou stranu vztlaková síla, umožňující lidskému tělu plavat, zároveň znesnadňuje plavání pod vodou, protože lidské tělo stále pudí k hladině. Tento problém se dotýká především hlubinných potápěčů, kteří setrvávají dlouho pod vodou. Řeší ho tak, že si zavěšují na opasek těžká olověná závaží, jejichž váha působí proti výtlaku. Takto vyvážený potápěč zažívá stav beztíže podobně jako astronaut ve vesmíru.
Schopnost plavby těžkých lodí
Protože velké lodě, vyrobené z ocelových plátů, váží tisíce tun a jsou schopny plavat. Je tomu umožněno jejich stavbou. Tak velká loď totiž zaujímá značný objem a její hustota jako celku je tudíž nižší než hustota vody (loď je naplněna vzduchem o malé hustotě a tento vzduch celkovou hustotu lodi snižuje). Voda takovou lodí vytlačená váží stejně jako loď. Vytlačená voda je zdrojem vztlakové síly (vztlaku), která se rovná váze lodi táhnoucí ji ke dnu.
Plavec
Obrázek swimmer(upraveno) od ClkerFreeVectorImages [Public Domain],via Pixabay
Potápěč
Obrázek diver-turtle-mexico-scuba-diving od jackmac34 [Public domain], via Pixabay
Plavidla mají v hustých vodách menší ponor, protože se udrží na vodě bez toho, aby vody vytlačila tolik. Naložená loď se proto může potopit, vpluje-li do řeky nebo do teplého moře. Kvůli tomuto jsou na lodích zatěžovací čáry, tzv. Plimsollové čáry, které značí maximální dovolené zatížení v různě hustých vodách.
Proč loď plave
Obrázek Archimedes Principle od DylanWillis2 [CC-BY-SA-3.0], via Wikispaces
Ponorka
Ponorka je plavidlo schopné plout pod vodou a pracovat ve velkých hloubkách, do kterých se potápěči nedostanou. Ponorky mají v trupu podélné dutiny, tzv. vyrovnávací (balastní) nádrže, které lze naplnit vzduchem nebo vodou. Pokud je ponorka na hladině, jsou tyto nádrže plné vzduchu. Váha ponorky působí proti vztlakové síle vody a ponorce je tak umožněno plavat na hladině. Napuštěním nádrží vodou ponorka ztěžkne a klesne pod hladinu, protože její váha překoná výtlak. Pro vynoření je nezbytné vytlačit vodu z balastních nádrží stlačeným vzduchem; takto odlehčené plavidlo se opět zvedne na hladinu.
Ponorka
Obrázek Virginia Class Submarine od Ron Stern [Public domain,PD-USGov-Military-Navy], via Wikimedia commons
Ponton
Pontony jsou velké duté předměty z kovových plátů, které, pokud jsou prázdné, na vodě plavou, ale když se naplní vodou, tak se potápějí. Pokud je do nich opět napuštěn vzduch, vyplavou na hladinu a mohou dokonce i vyzvednout jiné předměty, např. potopené čluny nebo části lodí, a udržovat je nad vodou. Princip je podobný jako u ponorky při potápění a vynořování.
Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více:
Potřebujete poradit? Napište nám na info@vedanasbavi.cz