Objevení vztahu pro vztlakovou sílu

Úkol: Na základě experimentů určete, na čem závisí vztlaková síla.

Vybavení: siloměr (elektronický nebo pružinový) s rozsahem 2 N nebo 5 N, tři odměrné válce 100 ml, líh, voda, solanka, tělesa o stejném objemu z různých materiálů (plast, hliník, železo, měď), provázek, laboratorní stativ.

Postup měření:

Připravme si do tří odměrných válců stejné velikosti tři různé kapaliny, do prvního líh, do druhého vodu, do třetího solanku. Vezměme kovový váleček (železo nebo hliník), zavěsme jej na siloměr a postupně ponořme do jednotlivých kapalin. Co bude siloměr ukazovat? A co vlastně ukazuje siloměr, když je váleček zavěšen ve vzduchu? Rozeberme si to podrobněji.

4.58 – Uspořádání experimentu. Před ponořením válečku do kapaliny siloměr ukazuje velikost tíhové síly působící na váleček.
Zdroj

4.59 – Detail silového působení na ponořený váleček
Zdroj

Po ponoření válečku do kapaliny je váleček nadlehčován vztlakovou silou F_vz, a proto údaj na siloměru ukazuje menší hodnotu. (Vidíme, že velikost tahové síly provázku spojeného se siloměrem je menší.) Z rozdílu velikosti tíhové síly na vzduchu a výsledné síly v kapalině můžeme určit velikost vztlakové síly, kterou je váleček nadlehčován.

Vyslovte několik hypotéz, na čem by mohla záviset velikost vztlakové síly působící na pevné těleso v kapalině. Své hypotézy prověřte experimenty.

Inspirovat se můžete následující tabulkou:

	železo		hliník
	voda	líh	voda	líh
tíhová síla na vzduchu (N)
výsledná síla v kapalině (N)
vztlaková síla (N)

Otázky:

Závisí velikost vztlakové síly na hustotě tělesa?
Závisí velikost vztlakové síly na hustotě kapaliny?
Na čem by ještě mohla záviset velikost vztlakové síly? Navrhněte experiment, který by vaši domněnku potvrdil, nebo vyvrátil. Diskutujte o svém návrhu se spolužáky. Proveďte experiment, je-li to možné.
Působí vztlaková síla i ve vzduchu? Uveďte příklad pozorování, které to potvrzuje, nebo vyvrací.
Jak mohou velké zaoceánské lodě, které mají obrovskou hmotnost (např. Queen Mary – 82 000 tun), plout? Proč ihned neklesnou k mořskému dnu?

Poznámky pro učitele

Naměřené hodnoty pro železný a hliníkový váleček stejného objemu ponořený postupně do vody a lihu.
	plast			hliník			železo			měď
	solanka	voda	líh	solanka	voda	líh	solanka	voda	líh	solanka	voda	líh
tíhová síla na vzduchu (N)	0,378	0,378	0,378	0,881	0,881	0,881	2,41	2,41	2,41	2,736	2,736	2,736
výsledná síla v kapalině (N)	0,008	0,04	0,112	0,515	0,558	0,637	2,034	2,076	2,155	2,383	2,422	2,494
vztlaková síla (N)	0,37	0,338	0,266	0,366	0,323	0,244	0,376	0,334	0,255	0,353	0,314	0,242