iVysílání

stránky pořadu
Premiéra:
12. 6. 2007
09:35 na ČT1

1 2 3 4 5

149 hlasů
21142
zhlédnutí

Odhalené souvislosti II.

Hydraulika v technice - a v přírodě

13 min | další Děti a mládež »

upozorňovat

do playlistu

Přehrávač videa

Načítám přehrávač...

Odhalené souvislosti - Hydraulika v technice - a v přírodě

  • 00:00:28 Základní podmínkou života
    na naší planetě je voda.
  • 00:00:32 Ta se vyskytuje
    ve třech skupenstvích.
  • 00:00:35 Jako pára, tvořící mraky,
  • 00:00:37 jako led, což je pevné skupenství
  • 00:00:39 a hlavně jako kapalina
    v řekách a mořích.
  • 00:00:44 Kapaliny jsou nejenom uvnitř
    nás samých, ale i všude okolo.
  • 00:00:50 Tak bychom měli vědět,
    co jsou vlastně zač.
  • 00:00:54 Základních vlastností kapalin
    po fyzikální stránce je pět.
  • 00:00:59 Úplně tou nejzákladnější
    je hustota kapaliny,
  • 00:01:03 to je vlastně hmotnost
    dělená jejím objemem
  • 00:01:07 a vyjadřuje se
    v kilogramech na metr krychlový.
  • 00:01:12 Co se týká hustoty kapalin,
    nejde o to, která je medovější.
  • 00:01:18 Vezmeme si rtuť, vodu a olej.
  • 00:01:27 Nalejeme tyto kapaliny
    do jedné nádoby a necháme ustálit.
  • 00:01:32 Podle vzorce hustoty je nejhustší
    rtuť a olej nejméně hustý.
  • 00:01:39 A čím to je?
  • 00:01:41 Hustota se často zaměňuje s jinou
    fyzikální veličinou kapalin.
  • 00:01:46 Další vlastností kapaliny
    je její viskozita.
  • 00:01:50 Rozeznáváme viskozitu
    kinematickou nebo dynamickou.
  • 00:01:55 Oba tyto parametry určují
    vnitřní tření kapaliny.
  • 00:02:01 Další vlastnosti kapalin
  • 00:02:03 jsou spojeny se změnou
    jejich objemu
  • 00:02:06 v závislosti na tlaku,
    nebo v závislosti na teplotě.
  • 00:02:11 Ta první v závislosti na tlaku
    se jmenuje stlačitelnost
  • 00:02:14 a udává, o kolik se kapalina stlačí
    při působení dané síly.
  • 00:02:22 Roztažnost je zase závislá
    na teplotě a udává,
  • 00:02:26 o kolik se kapalina zvětší
    při zvýšení teploty.
  • 00:02:33 A poslední taková
    základní fyzikální vlastnost
  • 00:02:35 je tak zvané povrchové napětí.
  • 00:02:38 Povrchové napětí vzniká vždycky
    na rozhraní
  • 00:02:41 mezi kapalinou a pevnou stěnou.
  • 00:02:45 Projevem této vlastnosti
    je například kapilární vzlínavost.
  • 00:02:54 Kapilární vzlínavost
    je velice důležitá vlastnost.
  • 00:02:57 Přiblíží nám ji tento pokus.
  • 00:03:00 Máme tu sklenici vody
    se dvěma různě silnými trubičkami.
  • 00:03:04 Vodu pro názornost obarvíme
  • 00:03:06 a obě trubičky ponoříme
    do sklenice.
  • 00:03:10 A co se stalo?
  • 00:03:11 Proč nejsou hladiny stejné?
  • 00:03:14 Inu, vzlínavost.
  • 00:03:17 A čím je trubička tenší,
  • 00:03:18 tím má kapalina schopnost
    vyvzlínat do větší výšky.
  • 00:03:23 Tímto způsobem dopravují stromy
    vodu a živiny
  • 00:03:27 tenoučkými kapilárami ze země
    až k listům v korunách stromů.
  • 00:03:33 Dalším projevem povrchového napětí
    je například to,
  • 00:03:38 že kapalina v plynném prostředí
    vytváří kapky.
  • 00:03:45 Jestliže například dopadne
    kapička vody na desku stolu,
  • 00:03:54 tak se vytvoří takový
    čočkovitý tvar,
  • 00:03:58 který je dán jednak povrchovým
    napětím té kapaliny a jednak tím,
  • 00:04:08 že taková ta blanka
    na povrchu kapaliny,
  • 00:04:10 která je vytvářena
    tím povrchovým napětím,
  • 00:04:13 se díky tíze té kapičky deformuje.
  • 00:04:18 Pokud kapička padá vzduchem,
    tak je v prvé fázi čistě kulovitá
  • 00:04:24 a později se vlivem rychlosti
    a odporu vzduchu
  • 00:04:28 vytváří tak zvaný kapkovitý tvar,
  • 00:04:31 který je optimální pro průchod
    té kapičky vzduchem
  • 00:04:36 a má minimální odpor proti pádu.
  • 00:04:42 Příroda je totiž založená na tom,
  • 00:04:46 že se vždycky optimalizují
    všechny pochody tak,
  • 00:04:51 aby odpory byly co nejnižší.
  • 00:04:55 Jedním ze základních zákonů
    hydrostatiky
  • 00:04:57 je tak zvaný Pascalův zákon.
  • 00:05:00 Pascalův zákon udává,
  • 00:05:03 že tlak v kapalině se šíří
    všemi směry rovnoměrně.
  • 00:05:09 Je to velice důležité
    z toho důvodu,
  • 00:05:12 že kapalina je tak schopná přenášet
    tlaky bez výrazných změn
  • 00:05:18 a je zcela jedno, jestli budeme
    měřit ten působící tlak
  • 00:05:24 ve směru vodorovném,
    nebo ve směru svislém v daném bodě.
  • 00:05:31 A jak to funguje?
  • 00:05:35 Máme dva písty o různých průměrech.
  • 00:05:37 Nás z pohledu fyziky
    a již zmíněného pana Pascala
  • 00:05:40 zajímá plocha pístů.
  • 00:05:43 Řekněme si, že píst A
    má plochu 1 cm čtvereční
  • 00:05:48 a píst B 10 cm čtverečních,
  • 00:05:51 oba písty jsou propojeny
    libovolně dlouhou hadičkou.
  • 00:05:56 Když píst A stlačíme o 10 cm,
    píst B stoupne pouze o 1 cm.
  • 00:06:04 A jak je to s vyvinutou silou?
  • 00:06:07 Když na malý píst vyvineme sílu
    1 Newton,
  • 00:06:11 tak tlakoměr na druhém pístu
    zaznamená sílu,
  • 00:06:14 odpovídající 10 Newtonům.
  • 00:06:16 Když zvětšíme sílu na 5 Newtonů,
  • 00:06:19 tak na druhém pístu zaznamenáme
    reakci, odpovídající 50 Newtonům.
  • 00:06:25 Plocha pístu A je desetkrát menší,
  • 00:06:28 ale musí se pohybovat
    po desetkrát delší dráze,
  • 00:06:31 než je tomu u pístu B.
  • 00:06:33 Píst B se sice pohybuje
    po kratší dráze,
  • 00:06:36 ovšem vyvine desetkrát větší sílu.
  • 00:06:40 Pascalův zákon nám tedy popisuje,
  • 00:06:43 že tlak v jednom místě
    nezávisí na směru.
  • 00:06:46 Přecházíme-li však v kapalině
    z jednoho místa do druhého,
  • 00:06:50 tlak se mění,
    zejména jestliže se pohybujeme
  • 00:06:53 směrem od hladiny ke dnu nádoby,
    nebo řeky nebo rybníka,
  • 00:07:00 tak tlak stoupá.
  • 00:07:02 To samozřejmě snadno poznáme,
    když se ponoříme pod hladinu,
  • 00:07:07 tak najednou cítíme,
  • 00:07:08 jak se stoupající hloubkou nás
    tlačí ta voda víc a víc do uší.
  • 00:07:16 Tento jev je popsán rovnicí,
    kterou kdysi odvodil pan Euler,
  • 00:07:21 a nazývá se hydrostatická rovnice.
  • 00:07:25 Popisuje, že tlak přibývá
    rovnoměrně s hloubkou kapaliny,
  • 00:07:29 tudíž, že tlak v kapalině
    je závislý na hloubce pod hladinou,
  • 00:07:36 na hustotě té kapaliny a samozřejmě
    na gravitačním zrychlení,
  • 00:07:41 protože se vše děje
    v gravitačním poli.
  • 00:07:46 Ale zajímavý příklad byl,
  • 00:07:48 kdy pan Toricelli toto vyzkoušel
    v praxi a zjistil,
  • 00:07:53 že existuje závislost
  • 00:07:54 mezi atmosférickým tlakem
    při hladině moře
  • 00:07:58 a například ve výšce 1000 metrů
    nad hladinou moře.
  • 00:08:03 Ten pokus byl takový
    zdánlivě jednoduchý.
  • 00:08:07 Vzal si nádobku,
    kterou naplnil rtutí,
  • 00:08:11 pak si vzal zatavenou skleněnou
    trubičku, kterou naplnil rtutí,
  • 00:08:16 zacpal jí otevřený konec palcem,
    ponořil do té nádobky se rtutí,
  • 00:08:23 pustil a výsledek byl,
  • 00:08:27 že rtuť v té svislé trubičce
    poklesla
  • 00:08:32 a ustálila se u hladiny moře
  • 00:08:35 na výšce 762 mm nad hladinou rtuti
    v nádobce.
  • 00:08:42 Pak vzal celé toto zařízení,
    vystoupal s tím na horu Vesuv
  • 00:08:46 a tam ve výšce kolem 1000 metrů
    zjistil,
  • 00:08:50 že ta výška té rtuti v trubičce
    se výrazně zmenšila,
  • 00:09:00 řádově skoro o 10 cm.
  • 00:09:03 A tím vlastně prokázal,
  • 00:09:06 že atmosférický tlak, tlak vzduchu,
    klesá s nadmořskou výškou.
  • 00:09:12 Kdybychom místo rtuti měli
    v té skleněné trubičce vodu,
  • 00:09:18 protože rtuť váží 13 a půlkrát více
    než voda,
  • 00:09:23 i ta trubička by musela být
    13 a půlkrát vyšší
  • 00:09:26 a musela by být asi 10 m vysoká,
    abychom mohli tento pokus prokázat.
  • 00:09:36 Žížala využívá hydraulický tlak,
    aby změnila tvar.
  • 00:09:41 Svaly podél celého těla se stáhnou,
  • 00:09:44 a tak konec žížaly ztloustne
  • 00:09:46 a pomocí štětin se zakotví
    o stěny podzemní chodbičky.
  • 00:09:51 Potom se stáhnou svaly
    u hlavového konce
  • 00:09:54 a vytlačí dopředu tělesnou
    tekutinu, která způsobí,
  • 00:09:56 že se hlavový konec prodlouží,
    ztenčí a natáhne dopředu.
  • 00:10:03 Pak se zase ztenčí ocasní konec,
  • 00:10:06 hlavový konec ztloustne
    a zapříčí se v chodbičce,
  • 00:10:10 a tak se červ může zkrátit,
    přitáhnout konec k hlavě
  • 00:10:14 a připravit se na opakování
    celého cyklu.
  • 00:10:20 Mořské hvězdice zase mají
    na každém rameni
  • 00:10:23 pravidelně rozmístěné řady
    svalnatých válcovitých panožek.
  • 00:10:29 Ty jsou napojeny na systém
    vnitřních trubiček,
  • 00:10:31 naplněných tekutinou.
  • 00:10:34 Když svaly hvězdice
    tyto trubičky zmáčknou,
  • 00:10:36 hydraulický tlak přemístí
    tekutinu do panožek.
  • 00:10:41 Hvězdice se plazí kupředu tak,
  • 00:10:43 že panožky postupně natahuje,
    ohýbá a stahuje.
  • 00:10:47 Používá k tomu vlny hydraulické
    energie, poháněné svaly.
  • 00:10:52 Další z významných zákonů
    hydrostatiky
  • 00:10:55 je tak zvaný Archimédův zákon.
  • 00:10:57 Už podle jména je vidět,
  • 00:10:59 že ten zákon byl odvozen
    kdysi dávno.
  • 00:11:04 Hovoří o tom, že těleso ponořené
    do kapaliny je nadlehčováno silou,
  • 00:11:08 která se rovná tíze kapaliny
    tělesem vytlačené.
  • 00:11:12 Na základě tohoto zákona
    plavou tělesa ve vodě.
  • 00:11:21 Když si uvědomíme, že těleso může
    být s hustotou větší, stejnou,
  • 00:11:26 nebo menší než má kapalina,
  • 00:11:29 pak máme tři možnosti,
  • 00:11:30 co takové těleso ponořené
    do kapaliny dělá.
  • 00:11:33 Má-li stejnou hustotu
    jako kapalina, pak se vznáší.
  • 00:11:36 To je případ ponorky,
  • 00:11:38 která je pod hladinou
    vyrovnána tím,
  • 00:11:41 že naplní nebo vyprázdní
    své nádrže vody
  • 00:11:47 a má tím pádem stejnou hustotu
    jako kapalina
  • 00:11:50 a může být poháněna svými motory
    a pohybuje se kapalinou stejně tak,
  • 00:11:58 jako se pohybují například
    letadla ve vzduchu.
  • 00:12:02 Jestliže těleso má hustotu větší
    než má kapalina,
  • 00:12:07 pak v té kapalině klesá
    a ponoří se až na dno.
  • 00:12:12 To je zase případ, kdy ponorka
    naplní své nádrže vodou
  • 00:12:16 a před nepřátelskou flotilou,
    která ji pronásleduje,
  • 00:12:19 se ponoří na dno
    a tam přečká nebezpečí.
  • 00:12:22 A když nebezepečí pomine,
  • 00:12:24 pak vypustí vodu ze svých
    nádrží,
  • 00:12:27 vytlačí stlačeným vzduchem,
    stane se lehčí než je kapalina
  • 00:12:31 a vystoupá na povrch
    a plave jako normální loď.
  • 00:12:36 Čili loď, která plave po povrchu,
    je právě nadlehčována silou,
  • 00:12:39 která je rovna právě tomu objemu,
    který je ponořen pod vodou
  • 00:12:46 a nazývá se výtlak lodi.
  • 00:12:54 Přejdeme-li do vzduchu,
  • 00:12:56 pak samozřejmě vzduch, který je
    mnohonásobně lehčí než kapalina,
  • 00:13:01 nadlehčuje tělesa, která se vznáší
    ve vzduchu výrazně méně,
  • 00:13:07 a proto balóny nebo vzducholodě
    jsou tak obrovského objemu,
  • 00:13:12 aby tento Archimédův zákon
    došel naplnění
  • 00:13:16 a aby se mohly vznášet.
  • 00:13:19 Kolem nás najdeme spoustu
    souvislostí
  • 00:13:22 a vy jste byli právě u odhalování
    jedné z nich.
  • 00:13:26 Skryté titulky:
    Vlasta Malíková

Související