Prečo loď pláva a nepotopí sa? Jednoduché vysvetlenie

Prečo loď pláva a nepotopí sa? Vztlak a Archimedov zákon

– Loď sa nepotopí preto, že pri ponorení vytláča vodu, ktorá na ňu pôsobí vztlakovou silou smerom nahor. Veľký dutý trup lode obsahuje množstvo vzduchu a spôsobuje, že jej celková priemerná hustota je menšia než hustota vody. Keď vztlaková sila vyrovná tiaž lode, loď zostane na hladine a pláva.

Prečo loď pláva a nepotopí sa?

Loď pláva preto, že ju voda nadnáša vztlakovou silou. Keď sa trup lode ponorí do vody, vytlačí určité množstvo vody. Tá následne pôsobí na loď silou smerujúcou nahor.

Hoci môže byť loď veľmi ťažká a vyrobená z ocele, má veľký dutý trup, v ktorom sa nachádza aj vzduch. Jej hmotnosť sa preto rozloží na veľký objem a celková priemerná hustota lode je menšia než hustota vody.

Podobne funguje aj nafukovačka. Napriek tomu, že na nej leží človek, jej veľký objem a vzduch vo vnútri umožňujú, aby zostala na hladine.

Loď zostáva na hladine vďaka vztlakovej sile vody, pričom jej veľký dutý trup vytlačí dostatočné množstvo vody na vyrovnanie jej hmotnosti.

Jednoduché vysvetlenie plávania lode

Na loď vo vode pôsobia dve hlavné sily:

• tiažová sila, ktorá pôsobí smerom nadol,
• vztlaková sila, ktorá pôsobí smerom nahor.

Loď zostáva na hladine vtedy, keď sa tieto dve sily vyrovnajú. Vztlaková sila vody nesie rovnakú tiaž, akú má loď spolu s cestujúcimi, nákladom a palivom.

Čo je vztlaková sila?

Keď vložíme teleso do vody, voda naň pôsobí zo všetkých strán. Tlak vody sa so zväčšujúcou hĺbkou zvyšuje, preto voda tlačí na spodnú časť telesa väčšou silou než na jeho hornú časť.

Výsledkom týchto tlakových síl je vztlaková sila, ktorá pôsobí smerom nahor a teleso nadnáša.

Jednoducho povedané:

• voda teleso akoby podopierala,
• čím viac vody teleso vytlačí, tým väčší vztlak vznikne,
• ak vztlaková sila vyrovná tiaž telesa, teleso zostane plávať.

Prečo sa kameň potopí, ale loď nie?

Kameň má vzhľadom na svoj objem veľkú hmotnosť. Jeho hustota je väčšia než hustota vody a pri ponorení vytlačí iba malé množstvo vody. Vztlaková sila preto nedokáže vyrovnať jeho tiaž a kameň klesne ku dnu.

Loď môže byť oveľa ťažšia než kameň, no má veľký a dutý trup. Spolu s kovom obsahuje aj veľké množstvo vzduchu, takže jej celková priemerná hustota je menšia než hustota vody. Vďaka svojmu objemu vytlačí veľké množstvo vody a vzniknutá vztlaková sila ju udrží na hladine.

Dôležitá úloha trupu lode

Tvar trupu lode nie je náhodný. Je navrhnutý tak, aby:

• mal dostatočne veľký objem,
• vytlačil potrebné množstvo vody,
• rovnomerne rozložil hmotnosť lode a nákladu,
• zabezpečil stabilitu lode na hladine,
• umožnil bezpečný pohyb vo vode.

Práve tvar a dutý vnútorný priestor spôsobujú, že môže plávať aj loď vyrobená z kovu. Nezáleží teda iba na materiáli, ale najmä na celkovom objeme, tvare a priemernej hustote telesa.

Hustota a plávanie telies

Hustota vyjadruje, aká veľká hmotnosť pripadá na určitý objem látky. Pri správaní telies vo vode platí:

• ak má teleso väčšiu priemernú hustotu než voda, potopí sa,
• ak má teleso menšiu priemernú hustotu než voda, pláva na hladine,
• ak má približne rovnakú hustotu ako voda, môže sa vo vode vznášať.

Loď pláva preto, že jej celková priemerná hustota vrátane dutého priestoru naplneného vzduchom je menšia než hustota vody.

Archimedov zákon

Plávanie lodí vysvetľuje Archimedov zákon. Ten hovorí, že na teleso ponorené do kvapaliny pôsobí vztlaková sila, ktorá sa rovná tiaži kvapaliny vytlačenej týmto telesom.

V praxi to znamená:

• čím väčšie množstvo vody loď vytlačí, tým väčšia vztlaková sila na ňu pôsobí,
• loď sa ponorí iba natoľko, aby vytlačená voda mala rovnakú tiaž ako loď s nákladom,
• ťažšia loď alebo viac naložená loď sa ponorí hlbšie.

Čo sa stane, keď je loď príliš naložená?

Keď na loď naložíme ďalší náklad, jej hmotnosť sa zväčší a trup sa ponorí hlbšie do vody. Loď tak vytlačí viac vody a vznikne väčšia vztlaková sila.

Ak však náklad prekročí bezpečnú nosnosť, loď sa môže ponoriť príliš hlboko. Voda sa môže dostať cez palubu alebo cez otvory do trupu, prípadne môže loď stratiť stabilitu. Vtedy hrozí jej prevrátenie alebo potopenie.

Preto majú lode presne určenú:

• maximálnu nosnosť,
• bezpečnú hĺbku ponoru,
• ponorovú čiaru,
• povolené rozloženie nákladu.

Jednoduchý príklad s kovom

Predstavme si dve telesá vyrobené z rovnakého kovu:

• malá plná kovová guľa sa vo vode potopí,
• veľká dutá kovová loď zostane plávať.

Kovová guľa má malý objem a vytlačí málo vody. Loď má veľký dutý trup, preto vytlačí oveľa väčšie množstvo vody. Vzniknutá vztlaková sila tak dokáže vyrovnať tiaž celej lode.

Prečo loď pláva aj v mori?

Morská voda obsahuje rozpustené soli, a preto má o niečo väčšiu hustotu než sladká voda. Na loď tak v mori pôsobí pri rovnakom ponorení väčšia vztlaková sila.

Loď preto zvyčajne pláva v slanej morskej vode o trochu vyššie než v sladkej vode rieky alebo jazera.