Metodický portál RVP.CZ prochází změnami. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > > > >

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > gymnaziální vzdělávání > Proč plovou kovové zaoceánské lodě?

Proč plovou kovové zaoceánské lodě?

Praktický příspěvek
inspirace
uč.hodina
Jak je možné, že těžké zaoceánské lodě vyrobené z kovu plovou? Odpověď na tuto otázku je možné vyslovit na základě pozorování velmi jednoduchého experimentu.

Řada z nás jistě strávila alespoň jednu dovolenou sjížděním některé z českých řek. Dovolená je to pěkná, i když fyzicky (a možná i fyzikálně) náročná. Skutečnost, že plove dřevěná kanoe, nikoho nepřekvapí. Řečeno lidově, „dřevo je lehčí než voda, a proto plove“. Ale jak je možné, že plovou velké těžké kovové lodě, z nichž některé slouží jako základna pro celou letku letadel? Jednoduchý experiment nás přivede na správné řešení…

Příprava a provedení experimentu

K provedení experimentu budeme potřebovat běžnou plastelínu a průhlednou nádobu na vodu (např. akvárium – viz obr. 1). Nádobu naplníme vodou a vlastní experiment provedeme ve dvou krocích. V prvním kroku experimentu se snažíme plastelínu ve tvaru kuličky opatrně položit na hladinu vody v nádobě. Nepodaří se nám to! Plastelína klesá ke dnu (viz obr. 2).

Potřebné pomůcky
1. Potřebné pomůcky
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 1

První krok experimentu
2. První krok experimentu
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 2

Ve druhém kroku experimentu vytvarujeme tutéž plastelínu, která předtím klesla na dno nádoby s vodou, do tvaru mističky, resp. lodičky. Opět se snažíme plastelínu položit opatrně na hladinu vody. V tomto případě se to již podaří (viz obr. 3 a obr. 4). Pokud se na první pokus nepodaří položit vytvarovanou plastelínu na hladinu vody, zkuste to znovu. Je nutné najít takový tvar plastelíny, při kterém se dovnitř vytvarované mističky, resp. lodičky, nedostává samovolně voda.

Druhý krok experimentu - pohled z boku
3. Druhý krok experimentu - pohled z boku
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 3

Druhý krok experimentu - pohled shora
4. Druhý krok experimentu - pohled shora
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 4

Relativně jednoduše upravená plastelína na vodě plove. Jak je to možné? A jak souvisí popsaný experiment s plaváním lodí na hladině vody?

Vysvětlení experimentu

Ve druhém kroku experimentu, ve kterém se změnil oproti prvnímu kroku experimentu tvar plastelíny, se změnil její objem. Hmotnost zůstala stejná. V obou krocích experimentu na plastelínu působila svisle dolů tíhová síla a svisle vzhůru hydrostatická vztlaková síla. Jestliže se ve druhém kroku experimentu zvětšil objem plastelíny, zvětšila se i velikost vztlakové síly působící na plastelínu ponořenou ve vodě. Tato síla byla tedy dostatečná k vyrovnání tíhové síly a plastelína zůstala plovat na hladině. Jinými slovy, průměrná hustota vytvořené mističky, resp. lodičky, se vyrovnala s hustotou vody, zatímco hustota samotné plastelíny je vyšší než hustota vody. Proto plastelína v prvním kroku experimentu klesla na dno nádoby s vodou.

Důležité je uvědomit si, že musíme vzít v úvahu PRŮMĚRNOU hustotu ponořeného tělesa. Je-li tato průměrná hustota tělesa nejvýše rovna hustotě dané kapaliny, těleso plove na hladině kapaliny (to je ono lidové „dřevo je lehčí než voda, a proto plove“ z úvodu článku).

Proto nyní nepřekvapí, že mohou plovat a plout po vodní hladině i lodě, které jsou vyrobené z kovu, jehož hustota je řádově 10krát vyšší, než je hustota vody. Velká část podpalubí lodi je ovšem vyplněná vzduchem, který má hustotu řádově 1000krát nižší, než je hustota vody. Proto je PRŮMĚRNÁ hustota celé lodi menší než hustota vody, a loď může na hladině vody plavat.

Celou výše uvedenou problematiku je vhodné žákům předložit jako problémovou úlohu.

Upozornění

Experiment je nutné provádět s běžnou plastelínou. V současné době se na trhu objevuje i plastelína, jejíž hustota je menší než hustota vody. To je sice pěkné pro malé děti (mohou stavět lodičky, zvířátka apod., které budou vždy plovat na hladině vody), ale pro provedení prvního kroku výše popsaného experimentu je tato plastelína nevhodná (viz obr. 5). Tato plastelína ovšem může být vhodná k řadě jiných zajímavých experimentů, které se týkají Archimédova zákona a jeho aplikací.

Plastelína nevhodná na popsaný experiment
5. Plastelína nevhodná na popsaný experiment
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 5

Termínem „plovat“ se označuje skutečnost, že dané těleso v dané kapalině neklesá ke dnu, ale zůstává částečně vynořené nad hladinu. Termín „plavat“ pak slouží k popsání pohybu daného tělesa v dané kapalině v horizontálním směru (např.: „Loď plave po Vltavě z Prahy do Mělníka.“).

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám
Celkové hodnocení článku
Přidat komentář Citovat článek