Vzgon fb
 

Vzgon




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Arhimed (287 - 212 p.n.š.) je dobil od kralja Hierona nalogo, da ugotovi, ali je krona, ki jo je dal izdelati, narejena iz čistega zlata. Rešitev problema je dobil, ko je skočil v vodo. Ugotovil je, da je telo v vodi toliko lažje, kolikor je teža vode, ki jo je izpodrinil. Z meritvijo teže krone v zraku in v vodi je izračunal gostoto materiala, iz katerega je bila krona narejena. Iz izračunane gostote je ugotovil, iz katerega materiala je krona.


Odkril je izrek o vzgonu, ki se po njemu imenuje tudi Arhimedov zakon.


Vzgon je sila, ki deluje na telo v nasprotni smeri od sile teže in je posledica dejstva, da je tlak v tekočini odvisen od gostote tekočine in od globine:




Ker se telo nahaja v različnih globinah h, je na delu telesa, ki je najglobje, tlak največji (glej sliko 1). Tlak postopno pada proti delu telesa, ki je najbližje površini tekočine. Zato so tudi sile na dele telesa, ki so v večji globini večje od sil v manjši globini.


Površino telesa si mislimo razdeljeno na majhne ploskve , na katere delujejo tlaki p. Posledica tlaka je sila:




Na telo v tekočini tako delujejo različne tlačne sile na dele telesa, potopljenega v tekočini (glej sliko 1).


Slika 1: sila vzgona je rezultanta sil, ki jih povzroča tlak na telo.



Rezultanta sil, ki jih povzroča tlak na telo, je sila vzgona:




Sila vzgona je lahko večja, enaka ali manjša od sile teže (glej sliko 2):

  • Sila vzgona je večja od sile teže: njuna razlika povzroči, da se telo dviga vse dokler se obe sili ne uravnovesita - postaneta enaki in nasprotno usmerjeni. Če gre za telo v vodi, telo splava na površino.


    Primer

    Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
     
     
    Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


  • Sila vzgona je enaka sili teže: telo miruje - npr. lebdi v vodi.


    Primer

    Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
     
     
    Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


  • Sila vzgona je manjša od sile teže: se telo giblje v smeri njune rezultante navzdol. Če gre za telo v vodi, telo potone.


    Primer

    Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
     
     
    Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Slika 2: sila vzgona je večja od sile teže (levo), enaka sili teže (sredina) in manjša od sile teže (desno).



Vzgon je rezultanta vseh sil, ki jih povzroča tlak na telo v tekočini (kaplevini ali plinu).


Deluje v nasprotno smer kot sila teže. V tekočino potopljeno telo je lažje za toliko, kolikor znaša sila vzgona.



Izračun velikosti sile vzgona



Predstavljajmo si valj z osnovno ploskvijo S in višino h potopljen v tekočino z gostoto tako, da je os valja obrnjena navpično navzgor - slika 3.


Slika 3: valj v tekočini.



Na spodnjo ploskev valja deluje sila, ki je posledica tlaka tekočine v globini - slika 3:



Podobno bi dobili enačbo za silo na zgornjo ploskev valja:




Sile tlaka delujejo tudi na plašč valja. Ker so pravokotne na plašč in nasprotno usmerjene, se med seboj odštejejo. Na sliki 3 se tako med seboj odštejeta sili in ter sili in .


Rezultanta sil tlaka je sila vzgona:



Faktor na desni strani enačbe je dejansko teža tekočine, ki jo je izpodrinil valj. Enačba velja za poljubno telo, ne samo za valj, vendar je dokaz za to zahtevnejši.


Sila vzgona je enaka teži tekočine, ki jo je izpodrinilo telo s svojim volumnom.




Rezultanta sil na telo v tekočini



Na telo, ki je popolnoma potopljeno v tekočini, delujeta sili:

  • teže

  • sila vzgona .


Vzemimo, da ima telo volumen V in gostoto , tekočina pa gostoto . Ko sta sili teže in vzgona izenačeni, telo lebdi v vodi; takrat je telo v ravnovesju:



Pokazali smo, da je pogoj, da telo lebdi popolnoma potopljeno v tekočini ta, da je gostota tekočine enaka gostoti telesa.


Če je gostota tekočine večja od gostote telesa (in ni drugih sil), se telo dviguje. Če je gostota tekočine manjša od gostote telesa in ni nobenih drugih sil, se telo giblje navzdol.


Lahko pa z dodatno silo (npr. silo vrvi, na katero je privezano telo) uravnovesimo vse sile tako, da telo miruje, čeprav sta gostoti različni.


Za telo, ki je potopljeno v kapljevini, velja:

  • Če je gostota kapljevine enaka gostoti telesa, telo lebdi (miruje) v kapljevini.

  • Če je gostota kapljevine večja od gostote telesa, prevladuje sila vzgona in telo splava na površje (se giblje navzgor).

  • Če je gostota kapljevine manjša od gostote telesa, telo potone (se giblje v smeri sile teže).

Z dodatno silo (npr. silo vrvi) lahko uravnovesimo telo tako, da miruje tudi, če gostota tekočine ni enaka gostoti telesa



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Sile na telo, ki plava na površju tekočine



V primeru, da je gotota telesa manjša od gostote tekočine (npr. vode), telo splava na površje. Del volumna telesa, ki bi izpodrinil tekočino in tako povzročil silo vzgona, sedaj pogleda iz tekočine. Sila vzgona se manjša dokler se sile ne uravnovesijo. Tedaj telo miruje na površju tekočine.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Sile na telo, ki potone



V primeru, da je gostota tekočine manjša od gostote telesa, telo potone in se usede na dno. V tem primeru sila podlage uravnovesi silo teže in silo vzgona tako, da je vsota vseh sil nič.


Kaj pa, če je telo npr. zabetonirano na dnu morja. V tem primeru ni sile vzgona ali pa se sila vzgona zmanjša, odvisno od oblike telesa odnosno velikosti ploskve, s katero je pritrjeno na dnu. Pogoj za silo vzgona je namreč, da telo iz vseh strani obliva tekočina.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »



glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana