Proč plovou kovové zaoceánské lodě?

obr. 3

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.

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.“).