Jak ryby plují na povrch vodních těles: Cesta do světa podvodního vztlaku – Telegraph

Vezmeme si sklenici vody a postavíme ji na váhu. Jak se změní hodnoty na stupnici, když vložíte dva prsty do vody, aniž byste se dotkli dna? Vysvětlete, proč tomu tak je?

Pokud máte nějaké potíže, zkuste experiment doma. Poslouží vám kuchyňská i běžná váha. Vezměte jakoukoli nádobu, naplňte ji vodou a ponořte do vody jakýkoli předmět, sledujte hodnoty na stupnici.

Experiment s hustotou věží
Pro experiment budete potřebovat:
Do sklenice opatrně přidejte trochu tekutin z bodů 2-5.

4. Slunečnicový olej

6. Kapalina do zapalovače

Vzduchový měchýř u ryb. Muž ve vodě.

Napadlo vás někdy, jak mohou ryby klidně plavat v různých hloubkách, aniž by se utopily? To je možné, protože ryby, aniž by to věděly, získaly během procesu evoluce nástroj, který funguje na základě Archimedovy síly. Faktem je, že většina ryb má speciální orgán – plavecký měchýř, který rybám umožňuje zmenšovat, zvyšovat nebo ponechat svou hustotu nezměněnou v poměru k hustotě vody. Hustota ryb je v průměru 1050 kg/m3, hustota vody, jak víme, je 1000 kg/m3. Pokud by tedy ryby neměly plavecký měchýř, žily by jednoduše na dně. Pojďme se podívat na mechanismus fungování tohoto orgánu.

Plavecký měchýř je plynem naplněná dutina v břiše ryb. Směs plynů v plaveckém měchýři má stejné složení jako vzduch, díky čemuž se hustota této směsi rovná hustotě vzduchu. Někdy se bublina může naplnit samotným vzduchem. Vzhledem ke strukturálním rysům ryb se může plavecký měchýř roztahovat, čímž se zvyšuje objem vzduchu v rybě, což snižuje její průměrnou hustotu, nebo se může stahovat, což v důsledku toho zvyšuje průměrnou hustotu ryb, a také zůstává nezměněn. Kvůli takové změně průměrné hustoty ryb, když se zvětší plavecký měchýř, může ryba plavat, protože její průměrná hustota je menší než hustota vody, a když se zúží, může se potopit; při nezměněné velikosti plaveckého měchýře je ryba v určité hloubce, aniž by plavala nebo se potápěla. Zajímavé je, že mechanismus působení tohoto orgánu se může zdát docela jednoduchý, ale studium principů plaveckého měchýře umožnilo lidem zkonstruovat tak složitá zařízení, jako jsou například ponorky, o jejichž principu fungování se budeme bavit níže.

Je třeba také poznamenat, že vzduch v lidských plicích, podobně jako vzduch v plaveckém měchýři ryb, snižuje svou průměrnou hustotu, díky čemuž při vdechování může člověk ležet na hladině vody a neutopit se. Při výdechu se průměrná hustota člověka opět zvyšuje, což způsobuje, že se začne potápět pod vodou. Na světě však existuje vodní plocha, ve které se nelze utopit, i když člověk vydechne všechen vzduch z plic. Hovoříme o Mrtvém moři, nejslanějším moři na Zemi, s hustotou vody 1300 kg/m3.

Konstrukce a princip fungování ponorek.

Jak jsme již řekli výše, aby loď mohla plout, je nezbytná rovnováha mezi gravitací a Archimédovou silou. U ponorek je situace zcela opačná, protože Archimédovu sílu potřebujeme použít nikoli k plavání, ale k úplnému ponoření ponorky pod vodu nebo k jejímu vynoření. Princip potápění/vynořování ponorek je podobný principu potápění/vynořování ryb. Aby se ponorka mohla ponořit, její průměrná hustota musí být vyšší než hustota vody a aby se mohla vynořit, musí být nižší než hustota vody. Stejně jako u rybího plaveckého měchýře je snížení průměrné hustoty ponorky dosaženo použitím vzduchu, protože jeho hustota je mnohem nižší než hustota vody. Pouze v případě ryb máme co do činění s malými vzduchovými měchýři a v případě ponorek – obrovskými nádržemi. Ponoru je dosaženo naplněním nádrží vodou, která se nachází mimo ponorku.

Takže ponorka, která byla jednoduše vypuštěna, je ve stavu vztlaku. Aby se ponorka mohla ponořit, jsou speciální nádrže naplněny vodou, která zvyšuje celkovou hustotu ponorky a způsobuje její ponoření. Změna objemu vody v těchto nádržích umožňuje neustálou kontrolu hloubky ponoru při změně hustoty vody. Například, když ponorka vstoupí do slanějších vod, které mají vyšší hustotu, je třeba zvýšit průměrnou hustotu ponorky, aby byla zachována stejná hloubka ponoru. Když se ponorka potřebuje vynořit, vodní nádrže se vyčistí, čímž se voda vytlačí z nádrží vysokotlakým stlačeným vzduchem, což snižuje průměrnou hustotu ponorky a způsobuje, že plave.

Navigace lodí.
Voda v mořích a oceánech.

Asi víte, že když hodíte kus železa do vody, okamžitě se potopí. Proč se to neděje u obrovských moderních lodí, které mohou vážit až 100 tisíc tun?

Plavba takových obrů je dnes možná díky objevu ve 3. století před naším letopočtem. Archimédův zákon.

Aby loď mohla plout, je nezbytná rovnováha mezi gravitací a Archimédovou silou. Pokud je gravitační síla větší než Archimédova síla, loď se potopí; pokud je Archimédova síla větší, loď bude vytlačena z vody tak silně, že ji poryv větru může převrátit.

K dosažení takové rovnováhy sil je nutné nějak snížit průměrnou hustotu nádoby, která je převážně vyrobena z kovu o hustotě 7,9 kg/m³, takže je nutné použít nějaký materiál s extrémně nízkou hodnotou hustoty. V tomto případě se řešení našlo v použití vzduchu jako takového materiálu, protože jeho hustota je pouze 1,28 kg/m³. To je důvod, proč mají lodě uvnitř velké dutiny naplněné vzduchem, což umožňuje lodím zůstat na hladině. Takové dutiny jsou přepážkami rozděleny na oddíly, takže se loď nemůže potopit kvůli nějakému otvoru v trupu, protože vodou se naplní pouze oddíl umístěný v místě otvoru.
Víme, že lodě často převážejí různé náklady a lidi, což může výrazně zvýšit jejich hmotnost.

Aby se předešlo potopení lodi v případě nadměrného přetížení, kvůli kterému je gravitační síla větší než Archimédova síla, je na trup lodi aplikována speciální vodoryska, která slouží jako značka pro maximální „zatížení“ lodi ve vodě. Pokud je loď naložena do té míry, že je tato čára pod vodou, jakákoli silná vlna, která zasáhne záď, může loď potopit.
Loď naložená na vodorysku tak vytlačí největší možný objem vody pro svou plavbu. Hmotnost této vody se nazývá přemístění plavidla a nosnost Výtlak plavidla je rozdíl mezi jeho výtlakem a jeho hmotností bez nákladu. Nicméně stojí za to říci: vodoryska na jednom plavidle se může pro různé vody lišit.

Přítomnost soli ve vodě výrazně ovlivňuje její hustotu. To se vysvětluje skutečností, že hustota soli je 2,165 g/cm³, takže hustota vody závisí na obsahu soli.

Například přibližná hustota sladké vody je 998 kg/m³, mořská voda – 1027 kg/m³. Množství a hustotu solí v mořské vodě mohou také ovlivnit různé faktory (objem srážek, intenzita jejich vypařování, přitékající říční voda atd.).

• Mrtvé moře je 9,6krát slanější než průměrný oceán.

• Kvůli vysokému obsahu soli nemohou rostliny, ryby a další velké organismy růst nebo žít v Mrtvém moři, odtud pochází slovo „mrtvý“. V kráterech na dně jezera však byly nalezeny menší organismy, jako jsou bakterie.

• Mrtvé moře je s hloubkou 420 metrů pod hladinou moře nejnižším bodem na zemi.

• Hloubka Mrtvého moře je 377 m, šířka 18 km (v nejširším místě). Voda v ní je tak slaná, že se v ní tvoří krystaly.

• Ve vodách Mrtvého moře se dá opravdu snadno plavat – zdá se, že samotná hustší voda pomáhá nezkušeným plavcům zůstat na hladině.

• Každý rok hladina v Mrtvém moři klesne asi o metr.

• Dnes se Mrtvé moře skládá ze dvou samostatných pánví. Odděluje je od sebe uměle vytvořená šíje.

• Neobvyklým rysem Mrtvého moře je, že se zde tvoří přírodní asfalt v podobě malých kousků černé hmoty. Během vykopávek bylo objeveno mnoho figurek a dalších předmětů, včetně lidských lebek z období neolitu, pokrytých tímto černým bitumenem. Bitumen z Mrtvého moře byl také používán při egyptské mumifikaci.

• Z pohledu vědců není Mrtvé moře vůbec moře, ale obrovské endorheické jezero

• Existuje mnoho důvodů, proč se Mrtvé moře stalo jakýmsi léčebným centrem. Například nepřítomnost alergenů ve vodě, bohaté minerální složení, minimální ultrafialové záření, vysoký atmosférický tlak v hloubce. To vše má blahodárný vliv na organismus.

• Mrtvé moře, obklopené vyprahlou a pouštní krajinou, má téměř 330 slunečních dní v roce s nízkou vlhkostí a malým množstvím srážek. Teplota se po celý rok drží v rozmezí 16-38°C.

• Přestože je snadné udržet se na hladině v Mrtvém moři, stále je možné se utopit. Ve skutečnosti je Mrtvé moře považováno za druhé nejnebezpečnější místo ke koupání v Izraeli.

Aeronautika.
Balony a vzducholodě.

Myslím, že jste alespoň jednou v životě viděli velké balóny pomalu plovoucí vzduchem. Přemýšleli jste někdy o jevech, které umožňují těmto obrovským koulím se vznášet ve vzduchu a nespadnout? Ve skutečnosti je let balónu založen na působení Archimedovy síly, která vyniká svou úžasnou jednoduchostí na pozadí moderních letadel.

Jak víme ze samotného pojmu Archimédova síla, vztlaková síla působí jak na tělesa ponořená v kapalině, tak na tělesa ponořená v plynu. Odtud pochází hlavní princip konstrukce balónu: plášť balónu je naplněn plynem, jehož hustota je menší než hustota vzduchu, což umožňuje snížit průměrnou hustotu balónu ve srovnání s hustotou vzduchu, takže Archimédova vztlaková síla je větší než gravitační síla působící na balón, což mu umožňuje letět. Čím plní obal balónku, aby snížily jeho hustotu? Koneckonců, hustota vzduchu, jak víme, má extrémně nízkou hodnotu – 1280 kg/m³. To je důvod, proč mají balóny tak velké obálky, protože musíte naplnit velmi velký objem lehkým plynem, aby Archimedova síla byla větší než gravitační síla. Obvykle se při plnění balónků používají buď lehké plyny (vodík, helium, vodní plyn) nebo ohřátý vzduch, protože čím vyšší je teplota vzduchu, tím nižší je jeho hustota. Moderní balóny využívají nejčastěji horký vzduch, který je ohříván propanovým hořákem. Při přistání se otvorem v obalu uvolňuje ohřátý vzduch, který zvyšuje průměrnou hustotu balónu a ten klesá k zemi.

Na podobném principu létají i nebeští obři, vzducholodě. Vzducholodě však na rozdíl od horkovzdušných balónů mohou nejen měnit výšku letu, ale také se volně pohybovat v horizontálním směru a bez zadního větru. Může za to použití spalovacích motorů při konstrukci vzducholodí. Díky použití většího množství kovové konstrukce při konstrukci těchto letadel (než při stavbě balónů) se zvyšuje jejich průměrná hustota, což určuje obrovskou velikost nebeských obrů (objem největší vzducholodě Hindenburg je 200 000 m³). Ke vzletu vyžadují obrovské objemy lehkých plynů, aby vzducholoď mohla létat. Vzducholodě jsou stejně jako balóny naplněny buď horkým vzduchem, nebo lehkými plyny, hlavně heliem, kvůli nízkému nebezpečí výbušnosti. Přistání se provádí snížením teploty horkého vzduchu uvnitř obalu, nebo v případě plynových vzducholodí naplněním speciálních nádob – balonetů – které jsou umístěny uvnitř velké obálky atmosférickým vzduchem.

Už jsi někdy myslel, jako ryby tak snadné a pohybovat se elegantně ve vodě? Jak se mohou vznášet? na povrchua pak se rychle ponořit do hlubin? Odpověď spočívá v úžasné schopnosti regulovat jeho vztlak. A klíčovou roli v tomto procesu hraje plynový měchýř – jedinečný orgán, kterou má mnoho ryb.

Představte si balón uvnitř ryba! Je to on, kdo jí umožňuje ovládat svou hloubku. potápění, jako ponorka. Některé druhy ryby, takový jako losos, sleď и kapry, mají ještě úžasnější funkci – spojení plaveckého měchýře s jícnem úzkým kanálem. To jim umožňuje polykat vzduch. z povrchu, jako byste si naplnili svůj „vnitřní balón“ ️, a zůstaňte nad vodou. A kdy je to nutné? potápět se, mohou si trochu „vydechnout“. z bubliny, což snižuje jeho vztlak.

Tato úžasná adaptace umožňuje rybám efektivně využívat zdroje rybník a zvládnout různé úrovně svého stanoviště. Pojďme k tomu do detailů mechanismus и pojďme na to přijít, jak ryby ovládají své vztlak!

Vyberte sekci, která vás zajímá, pomocí odkazu: