Fizika 7 - 3.5 Dodatni sadržaj: Uzgon

Sila uzgona

Što mislite zbog čega je težina utega manja u vodi nego u zraku? Znači li to da na njega djeluje još neka sila osim sile teže?

$F_{u z} = F_{g} - {F^{'}}_{g} = 1,0 N - 0,8 N = 0,2 N$

Sila uzgona iznosi $0,2 N .$

Na tijela uronjena u tekućinu djeluje Zemlja silom težom i tekućina uzgonom.

Na tijelo uronjeno u tekućinu, tekućina djeluje silom i istiskuje ga. Ta se sila naziva sila uzgona, zovemo ju uzgon i usmjerena je prema gore.

Sila uzgona nastoji podignuti tijelo iz vode. Javlja se zbog različitoga hidrostatskog tlaka ispod tijela i iznad njega. Uzgon je sila kojom tekućina nastoji istisnuti tijela koja su u nju uronjena, a suprotne je orijentacije od sile teže.

Primjer 1.

Zbog uzgona brod pliva na vodi.

Ako posolimo vodu u koju uranjamo uteg i povećamo joj gustoću, kakva će nakon toga biti sila uzgona?

Je li se promijenila težina tijela? Što mislite zbog čega dinamometar pokazuje drukčiji iznos sile kada je tijelo uronjeno u slanu vodu? Je li se promijenila sila uzgona? Koliko iznosi sila uzgona u tom slučaju?

$F_{u z} = F_{g} - {F^{'}}_{g} = 1,0 N - 0,7 N = 0,3 N$

Sila uzgona je u tom slučaju veća.

O čemu ovisi sila uzgona?

Uzgon ovisi o obujmu uronjenog dijela tijela i o gustoći tekućine u kojoj se tijelo nalazi.

$F_{g} = ϱ_{t e k} \cdot g \cdot V_{u r . t .}$

Pri čemu je:

$ρ_{t e k}$ – gustoća tekućine

$g = 10 \frac{N}{kg}$

$V_{u r . t .}$

Kutak za znatiželjne

Razmislite!

Gdje lakše plivamo – u rijeci ili u moru? Što mislite je li lakše plivati u Jadranskome moru ili u Mrtvome moru koje je velike gustoće?

Uzgon djeluje na uronjeni dio tijela u tekućinu.

Primjer 2.

Kolika je sila uzgona na santu leda obujma $10 m^{3}$ koja pliva na površini mora gustoće $1 030 \frac{kg}{m^{3}}$ ako je $\frac{1}{10}$ iznad mora?

$V = 10 m^{3}$

$V_{i z r} = \frac{1}{10}$

$ρ_{t e k} = 1 030 \frac{kg}{m^{3}}$

$V = V_{u r} + V_{i z r}$

$V_{u r} = \frac{9}{10} \cdot V = \frac{9}{10} \cdot 10 m^{3} = 9 m^{3}$

$F_{u z} = ρ_{t e k} \cdot g \cdot V_{u r}$

$F_{u z} = 1 030 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 10 \frac{N}{kg} \cdot 9 m^{3}$

$F_{u z} = 92 700 N$

Kada tijelo tone?

Tijelo će potonuti kada je sila teža veća od sile uzgona. Tijelo tone kada je težina tijela veća od sile uzgona koja na njega djeluje.

Sila teža veća je od sile uzgona.

$F_{g} > F_{u z}$

Kada tijelo pliva, a kada lebdi?

Kada je sila teža jednaka sili uzgona, tada je ukupna sila na tijelo nula te je tijelo u ravnoteži, bez obzira na to gdje se nalazilo unutar tekućine.

Tada tijelo pliva. Također, tada tijelo i lebdi u tekućini.

Sila teža jednaka je sili uzgona.

$F_{g} = F_{u z}$

Kada će tijelo izranjati?

Kada je tijelo potpuno potopljeno, moramo ga pridržavati kako se ne bi gibalo prema gore. Kada tijelo pustimo, ono će izranjati iz tekućine i plivati. Tijelo će izranjati sve dok se sila uzgona ne smanji na iznos sile teže, to jest dok se ne uspostavi ravnoteža. Tada su te dvije sile jednake.

Primjer 3.

Koliko će tijelo izroniti? Izranjanjem se smanjuje potopljeni dio volumena tijela, a time i uzgon. Izranjat će sve dok se sila uzgona i sila teža ne izjednače.

Ako je uzgon na tijelo uronjeno u tekućinu veći od njegove težine, ono se ubrzano diže i djelomično izranja na površinu te pliva.

$F_{g} < F_{u z}$

Kada izroni, bit će toliko uronjeno da će uzgon na uronjeni dio biti jednak njegovoj težini.

Zanimljivost

Putnički brod Titanic sudario se sa santom leda u Atlantskom oceanu 14. travnja 1912. godine. Pronađen je 1985. godine. Smatrao se nepotopivim brodom i bio je dugačak $269 m .$ Trup se oštetio tjekom sudara sa santom leda, voda je ušla u brod i težina je nadvladala uzgon, to jest brod je postao pretežak zbog čega je potonuo. Kod broda je također iznimno bitan njegov oblik koji mu omogućuje da pliva na vodi. Ukupna prosječna gustoća broda mnogo je manja od gustoće vode jer je građen od različitih materijala.

Kutak za znatiželjne

Djeluje li uzgon samo u tekućinama ili i u drugim fluidima?

I zrak je fluid pa uzgon postoji u zraku, ali njegovo djelovanje zbog male gustoće zraka zanemarujemo. Topli zrak ima manju gustoću od hladnijeg zraka. Zato sila uzgona djeluje na balon s toplim zrakom pa on uzlijeće.

Zanimljivost

Brodovi ne plove po svim morima jednako uronjeni jer gustoća svjetskih mora znatno varira.

Polovica školjke ubačena u vodu potonut će, a ako se oprezno postavi na površinu vode, plivat će po njoj.

Školjka pliva ako je ispunjena zrakom, a ako voda uđe kroz rupice u ljušturi, ona potone jer joj je prosječna gustoća postala veća od gustoće vode.

Najveći broj riba u trbuhu ima zračni mjehur. Kada ga napušu, dignu se na površinu, a da bi se spustile, moraju ga isprazniti.

Morski pas i tuna nemaju zračni mjehur i oni moraju neprestano plivati da bi se održali uz površinu.

Led pluta na vodi tako da je približno $\frac{1}{10}$ njegova obujma izvan površine vode, a $\frac{9}{10}$ ispod površine vode.

Te je zakonitosti otkrio još grčki fizičar, astronom i matematičar Arhimed. Po njemu su nazvane Arhimedovim zakonom.

Tekućina istiskuje uronjeno tijelo silom uzgona koja je iznosom jednaka težini tekućine što je tijelo istisne.

3.5 Dodatni sadržaj: Uzgon

Na početku...

Sila uzgona

O čemu ovisi sila uzgona?

Kutak za znatiželjne

Kada tijelo tone?

Kada tijelo pliva, a kada lebdi?

Kada će tijelo izranjati?

Zanimljivost

Kutak za znatiželjne

Zanimljivost

...i na kraju