Věda a technika v pozadí
Vzestupné proudy
Teorie
Archimédův zákon patří mezi základní zákony hydrostatiky. Poprvé ho formuloval již ve 3. století př. n. l. Archimédes.
Archimedes.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
Podle Vitruvia se o Archimedovi vypráví, že dostal za úkol od krále Hierona zjistit, zda zlatníci vyrobili celou korunu z přesně odváženého zlata. Jednou, když se koupal, tak si všiml, že z vany odtéká přesně stejné množství vody, jako je objem ponořené části těla. S výkřikem „HEUREKA, HEUREKA!!!“ (objevil jsem) pádil prý tehdy nahý ulicemi Syrakus, sledovaný udivenými spoluobčany. Jeho poznatky o vztlakové síle dnes shrnujeme pod názvem Archimédův zákon:
Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou sílou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa.
Archimédův zákon platí nejen pro kapaliny, ale i pro plyny. Důsledkem Archimédova zákona je různé chování těles v kapalině a plynu. Na těleso působí vztlaková síla Fvz a tíhová síla Fg. Výslednice působících sil má směr síly větší a velikost rovnou rozdílu velikostí obou sil. Porovnáváme–li velikosti těchto sil, může nastat jeden ze tří případů:
| FG < Fvz | ρT < ρ | těleso plave na hladině |
| FG > Fvz | ρT > ρ | těleso klesá ke dnu |
| FG = Fvz | ρT = ρ | těleso se vznáší v kapalině |
Pokud ohříváme kapalinu, tak se rozpíná a její hustota se zmenšuje. Podle předchozí tabulky proto bude teplá kapalina proudit vzhůru a na její místo bude tlačit studenou kapalinu. Teplejší stoupající kapalina se tře o chladnější kapalinu, a tak vznikají turbulence. Protože teplá a studená kapalina mají různý index lomu, dochází při průchodu světla k lomu světelných paprsků. Proto je možné na projekční ploše pozorovat proudění kapaliny.
Proudění teplé vody.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Tepelná výměna prouděním má v přírodě i v technice široké uplatnění. Vysvětlujeme pomocí ní řadu dějů v ovzduší, které ovlivňují vývoj a průběh počasí. Prouděním můžeme také vysvětlit tah komínů. Pro rychlejší ohřátí nebo ochlazení látky se v technice často používá nucené proudění, které je vyvoláno vnějšími silami. Příkladem je ochlazování automobilového motoru proudící vodou, chlazení počítače ventilátorem apod.
Důležitou roli v oceánech hrají proudy. Vznikají díky především díky větru a rozdílné hustotě vody. Vítr tlačí masy vody určitým směrem (driftové proudění), pak je někde vody přebytek a někde nedostatek. Rozdíly v hustotě vody jsou dány změnami teploty a slanosti vody. Lehká voda stoupá vzhůru k hladině, hustá voda klesá do hloubek, čímž vznikají vertikální proudy. Hustota mořské vody stoupá s ochlazováním vody a vyšším obsahem soli.
