U kakvoj su vezi podmornica i Arhimedov zakon?

152
David Mark/Pixabay

Poznati naučnik Arhimed je koristio niz ogleda da bi proučavao kako se ponaša tečnost u koju je uronjeno tijelo i na taj način je došao do svog čuvenog zakona.

A kako glasi Arhimedov zakon?

Na svako tijelo potopljeno u tečnost djeluje sila potiska koja je jednaka težini tečnosti koja je istisnuta tijelom.

Potisak se javlja kada se neko tijelo zaroni u tečnost ili gas. Pritisak u fluidima (tečnosti i gasovi) djeluje u svim pravcima i povećava se s porastom dubine.

Zato je pritisak koji djeluje naniže na gornju stranu tijela manji od pritiska koji djeluje naviše na njegovu donju stranu (dno tijela). Usled toga se javlja rezultujuća sila koja je usmjerena vertikalno naviše tj. sila potiska.

Tada na tijelo djeluju dvije sile u vertikalnoj ravni, sila potiska (vertikalno naviše) i sila Zemljine teže (vertikalno naniže). Ove sile djeluju duž istog pravca u suprotnim smjerovima.

Sila potiska se računa kao proizvod gustine tečnosti u koju je tijelo zaronjeno, zapremine djela tijela koje je potopljeno u tečnosti i gravitacionog ubrzanja. Sila Zemljine teže koja djeluje na tijelo se računa kao proizvod mase tog tijela i gravitacionog ubrzanja.

U zavisnosti od toga koja od ovih sila je većeg intenziteta, tijelo koje je zaronjeno u tečnost može da ispliva na površinu (sila potiska veća od težine tijela) i kreće se vertikalno naviše, da lebdi (kada su ove sile istih intenziteta) ili da tone (sila potiska je manja od težine tijela) i kreće se vertikalno naniže.

Da li će tijelo koje je zaronjeno u tečnost da pliva (isplivava na površinu tečnosti), tone ili lebdi, može se objasniti i preko odnosa gustine tijela i tečnosti u koju je ono zaronjeno. U slučaju kada je gustina tijela veća od gustine tečnosti, tijelo tone; kada je njegova gustina manja od gustine tečnosti, tijelo pliva; a kada su ove gustine jednake, tijelo lebdi.

Zaranjanje ili izranjanje podmornice

Većina podmornica ima dva korita između kojih se nalaze rezervoari za vodu. Da bi podmornica zaronila potrebno je povećati njenu srednju gustinu, što se radi otvaranjem ventila i puštanjem vode u rezervoare za balast iz kojih izlazi vazduh i podmornica tone (roni).

Kada se potopi, sila potiska je održava da lebdi. Pri izranjanju voda se ispumpava iz rezervoara sabijenim vazduhom, smanjuje se srednja gustina podmornice, pa pošto je ona tada manja od gustine vode, podmornica se kreće vertikalno naviše. Kontrolom balasta reguliše se brzina kojom podmornica tone ili isplivava.

Eksperiment kojim se potvrđuje Arhimedov zakon:

  1. Kada se teg okači na oprugu, ona se istegne.
  2. Ako se teg zaroni u tečnost, iz te posude će biti istisnuta određena količina vode, a opruga će, usled sile potiska, biti manje istegnuta.
  3. Ako se istisnuta tečnost ulije u posudu koja se nalazi između opruge i tega, opruga će se ponovo istegnuti kao u slučaju 1.