K textu „Lekce fyziky“

H. Antonínové Hegerové a K. Bergmannové

Tlak

Tlak je jedním z důsledků gravitace: pevné těleso působí tlakem na základnu. Naproti tomu na těleso ponořené do nádoby obsahující tekutinu (tedy kapalinu nebo plyn) působí tlak části této tekutiny. Tento tlak působí proti tíze tělesa.

Tlaková síla

Chodec vytváří na sněhu hluboké stopy. Použijí-li se sněžnice, jsou stopy méně hluboké. Síla, kterou působí chodec na sníh, je navzdory tomu stejná: v obou případech je rovna jeho tíze. Změnila se pouze kontaktní plocha se sněhem: při použití sněžnic je větší. Rovněž tlak vyvolaný chodcem na sníh se změnil. Tlak je definován jako poměr tlačné síly a plochy. V mezinárodním systému jednotek (SI) je tlačná síla vyjadřována v newtonech (N); plocha, na kterou se působí, v metrech čtverečních (m2) a tlak v newtonech na metr čtvereční (N·m2): tato jednotka je také nazývána Pascal (Pa). Protože metr čtvereční je velká plocha, udáváme tlak často v N·cm2, nebo také v hektopascalech.

Tlak tekutiny

Oproti pevným tělesům nemají tekutiny (kapaliny nebo plyny) pevně definovaný tvar: tekutina se formuje podle tvaru nádoby, ve které se nachází. Tekutiny působí tlakem nejen na dno nádoby, ale rovněž na všechny její stěny. Tento tlak způsobený tíhou tekutiny je nižší na hladině a silnější na dně nádoby. Tlak narůstá úměrně s hloubkou. Znalci potápění  s tím mají zkušenosti: tlak vody je tím silnější, čím větší je hloubka ponoření.

Archimédův zákon

Na těleso ponořené do vody působí tlak ze všech stran. Tlakové složky působící vodorovně (zprava a zleva) se vzájemně ruší, zatímco ve svislém směru je tlak silnější v dolní části tělesa než na opačné straně: na povrch tělesa tudíž působí vztlak: bude narůstat, dokud se nevyrovná s vahou tělesa. Archimédův zákon (definovaný ve III. stol. př. n. l. fyzikem Archimédem, viz str. 9) vysvětluje tyto jevy takto: „Na každé těleso ponořené do kapaliny působí nadlehčující svislá síla rovnající se váze kapaliny vytlačené.“ Je-li tlak působící na těleso vyšší než jeho váha, těleso plave. V opačném případě se těleso potopí. Jestliže je vztlak rovný váze tělesa, zůstává na hladině.

Kámen ponořený ve vodě se zdá být lehčí, než když je z vody vytažen: Archimédův vztlak vytváří ve skutečnosti ve vodě sílu, působící na kámen, který se tak zdá být lehčí.

Atmosférický tlak

Podobně jako kapaliny, působí vzduch tlakem na tělesa a objekty, které obklopuje: jedná se o atmosférický tlak. Síla, která nadnáší montgolfiéru, není nic jiného než Archimédův vztlak. Měření atmosférického tlaku se provádí barometrem. Za objev rtuťového barometru roku 1643 vděčíme Galileovu žáku, Italovi jménem Evangelista Torricelli. Obrátil dlouhou, na jednom konci otevřenou trubici naplněnou rtutí a vložil její otevřený konec do nádobky se rtutí: pozorovat pak pokles rtuti do určité výšky, kterou předem stanovil. Toto byl první barometr. Rtuť v trubici klesá a stabilizuje se v určité výšce a vyrovnává se tak s úrovní atmosférického tlaku. Ten se mění v závislosti na výšce, v jaké se nacházíme.

Pascalův zákon

V XII. století objevil francouzský matematik Blaise Pascal (1623 – 1662) jiný důležitý princip, který definoval těmito slovy: „Pokud na tekutinu uzavřenou v nádobě působí tlaková změna, přenáší se na všechny částice tekutiny.“ Tento princip, známý jako Pascalův zákon, je základem mnoha hydraulických strojů a systémů; příkladem jsou brzdy kamiónů nebo hever používaný na zdvihání automobilů. Jak tyto systémy fungují? Dva písty, jeden s velkou, druhý s malou plochou působí na kapalinu v jedné nádobě. Tlak vykonávaný na malý píst je přenášen kapalinou na velký píst. Ten tak může udržet zatížení úměrné své ploše. Díky tomu stačí několik pohybů páky spojené s malým pístem na udržení automobilu o váze jedné tuny.

Fotografie a texty u nich:

Balóny – Archimédův vztlak nadnáší montgolfiéry.

Muž se sněžnicemi – Díky velké ploše sněžnic se chodec nezabořuje do sněhu.

Potápěč – Čím hlouběji se potápěč ponořuje, tím silnější tlak na něj působí.

Loď – Loď pluje díky tomu, že její tíha je vyvážena vztlakovou silou působící na její ponořenou část.

Názorné obrázky a texty u nich:

Ponorka a Archimédův vztlak

Průřez ponorkou plující vodorovně –  Tíha části ponorky pod čarou ponoru je vyvážena Archimédovým vztlakem. Ponorka plave na vodě.

Průřez ponorkou mířící do hlubiny –  Voda se napouští do komor. Jakmile je tíha ponorky vyšší než vytlačené vody, stroj se pohybuje směrem ke dnu.

Průřez ponorkou mířící nad hladinu –  Voda je vypuzena stlačeným vzduchem. Jakmile je tíha ponorky nižší, než vody vytlačené jejím objemem, stoupá k hladině.

Jak zdvihat těžké náklady bez velkého úsilí

Dvě spojené nádoby (úzká a široká) naplněné vodou s písty na hladinách; šipka naznačuje tlak na úzký píst a vytlačování širokého, nějak zatíženého pístu – Dva písty různé plochy, malý a velký, působí na kapalinu uzavřenou v nádobě příslušného tvaru. Podle Pascalova principu je síla působící na malý píst přenášena kapalinou na velký píst. Tento píst tak přenáší sílu úměrnou své ploše. Je-li tento povrch třikrát větší než plocha malého pístu, hmota 25 kg zatěžující malý píst může udržet hmotu 75 kg působící na velký píst. Tento píst však stoupne třikrát výše. Proto je třeba stlačit páku heveru vícekrát, aby byl automobil nadzdvižen.

Fyzika a chemie pro každého: energie a hmota (Školní encyklopedie pro mládež Larousse). Svojtka & Co., Praha 1998.

Navigátor
Chci se podívat na:
Chci vyhledat:
Právě se nacházíte na:
homepage KM
Kritické listy

[ukázat mapu celého webu]
Kritické listy
Čteme s porozuměním


E-infosíť
Přihlášení do e-mailové infosítě Vám zaručí zasílání novinek a aktualit přímo na Váš e-mail. (více informací)
jméno:
e-mail:
cislo:
zde napište: 531
 
Je již přihlášeno 2336 lidí.
Projekt ESF
Investice do rozvoje vzdělávání

Ostatní

Licence Creative Commons
Kritické myšlení, jejímž autorem je Kritické myšlení, o.s., podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Nezasahujte do díla 3.0 Česko .
Vytvořeno na základě tohoto díla: www.kritickemysleni.cz