Pascalův zákon říká, že když působí vnější síla na kapalinu v uzavřené nádobě, bude se tlak, vznikající v důsledku působení této síly, přenášet uvnitř kapaliny křížem krážem, libovolným směrem ve stejném poměru. Co to vlastně znamená? Jednoduchý příklad na vysvětlenou: když šlápnete (opatrně, ne dupnout!) na částečně nafouknutý balonek, balonek se pod chodidlem vyboulí na všechny strany do směrů, ve kterých mu vyboulení není podložkou nebo plochou chodidla bráněno. Rozhodně ho nenapadne se vyboulit jen tak náhodně na jednu stranu. Tlak, který v balonku vyvolá došlápnutí nohou, se přemístí rovnoměrně do všech směrů a proto i tvar sešlápnutého balonku bude mít blízko k ideálnímu oblému tvaru. A to je přesně Pascalův zákon. Vzduch v balonku můžeme považovat za kapalinu v uzavřené nádobě. Plyny totiž můžeme považovat za určitý druh kapalin, mají velmi mnoho společných vlastností.
Pascalův zákon se uplatňuje např. v hydraulických zařízeních, jejichž hlavní částí je právě kapalina – nejčastěji olej – v uzavřené nádobě. Působením síly na jedné straně tohoto zařízení vzniká v kapalině tlak, který se pak přenáší do jiného místa a obvykle vyvolává větší sílu. Hydraulická zařízení jsou velmi častou součástí různých technických zařízení, rozmanitých strojů a přístrojů. Například letadlo využívá hydraulické zařízení k zasunutí či vysunutí podvozku, otevírá nebo zavírá jimi klapky na křídlech. Auto používá hydraulické brzdy. Různé pneumatické systémy používají k přenášení tlaku stlačený vzduch. Válce, hadice, čerpadla, ventily jsou součástí jeřábů, nakladačů, vysokozdvižných vozíků, nákladních aut se sklápěcí korbou a také ke své práci využívají Pascalův zákon.
Co budeme potřebovat dnešnímu experimentování? Poohlédněte se po provázku, zápalkách, nafukovacím balonku a lahvi. Nejdříve zápalce oddělíte hlavičku (i s kouskem sirky). Druhý konec zápalky nebude potřebný. Do láhve nalijte vodu. Hlavičku zápalky vhoďte do vody. Přes hrdlo láhve přetáhněte balonek. Palcem zatlačte přes balonek na hladinu vody v hrdle láhve.
Zřejmě je hodně důležité, aby balonek těsně a pevně přiléhal k hrdlu. Asi je čas uvažovat, zda je třeba mít celý balonek, nebo ustřihnout potřebnou část a také jakým způsobem balonek ke sklenici připevnit (izolepa? provázek?). Je možné použít jakoukoliv láhev – PET i skleněnou. Skleněná asi bude vhodnější – zabráníme náhodným stlačením láhve jinde než tam, kde potřebujeme.
Co se stane, když provedete vše, jak je popsáno v návodu? Zpočátku bude hlavička zápalky volně plavat na hladině. Pokud zatlačíte na balonek, začne se zápalka pohybovat ke dnu. Čím víc zatlačíte, tím bude pohyb rychlejší. Naopak když uvolníte tlak na blánu balonku, zápalka opět vypluje na hladinu. Tušíte, proč se tak stane? Zápalka klesne dolů, protože na ni působí svisle dolů tlak, který se přenáší od prstu přes blánu směrem dolů. Moment! Jak se může zápalka pohybovat v láhvi směrem dolů, když podle Pacalova zákona se tlak v kapalině šíří stejnoměrně všemi směry? Na zápalku tedy musí stejný tlak působit shora, zdola i z boku a logicky se tak tedy tlaky musí vyrovnat a k žádnému pohybu nemůže dojít! To je sice pravda. Ale pokud panu Pascalovi pomůže ještě pan Archimédes…
Když palec tlačí na blánu z balonku, tlak se v kapalině skutečně šíří ve všech směrech. A protože mezi vlákny dřeva je spousta volného prostoru, molekuly vody zatlačíme mezi tyto vlákna. Dřevo tak bude mít větší hustotu. To známe všichni – mokré dřevo je těžší než stejně velký kus téhož dřeva, ale suchého. A teď dostává prostor pan Archimédes a jeho zákon. Pokud bude mít zápalka větší hustotu než voda, musí klesat ke dnu. Voda mezi vlákny dřeva toto právě dokáže. Pokud palec, kterým tlačíme hladinu vody v láhvi uvolníme, vlákna dřeva vytlačí vodu zpět do sklenice a zápalka bude zase stoupat nahoru. Pokus nejde provádět donekonečna. Po určité době totiž dřevo navlhne – voda dokáže pronikat mezi vlákna dřeva i bez našeho přičinění. Jen jí to trvá déle a dělá to nenásilnou metodou.
Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!
Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.
Žádné komentáře:
Okomentovat