Zajímalo by mě, jakou silou je třeba držet lehký kus balzového dřeva pod vodou? Proč tento úkol přitahuje pozornost? O jaké fyzikální principy se zde jedná? Pojďme na to přijít.
Korkovník je speciální rostlina, ze které se získává stejnojmenný materiál. Korek má velmi zajímavou vlastnost – je velmi lehký oproti jiným materiálům, ale zároveň je velmi hustý a nepropouští vodu. To je důvod, proč se korek používá pro různé účely, včetně izolace a pevnosti.
Jak se vám daří udržet korek pod vodou? Všechno je to o Archimedově principu – těleso ponořené do kapaliny zažívá podpůrnou sílu rovnající se váze vytlačené kapaliny. Pokud hmotnost tělesa přesáhne hmotnost vytlačené tekutiny, klesne ke dnu. Pokud je hmotnost tělesa menší než hmotnost vytlačené kapaliny, pak se vznáší nahoru. Právě na tomto principu je založena retence lehkého korku pod vodou.
Jakou sílu byste měli použít k držení balzy pod vodou?
Aby bylo možné udržet kus balzového dřeva pod vodou, je nutné vyvinout sílu rovnající se hmotnosti tohoto kusu dřeva. Hmotnost kusu korku je dána jeho objemem a hustotou materiálu. Objem lze vypočítat vynásobením délky, šířky a výšky kusu korku.
Hustota korku je přibližně 0,24 g/cm³, což znamená, že na každý krychlový centimetr korkového materiálu připadá 0,24 gramu hmoty. Když znáte objem kusu korku, můžete vypočítat jeho hmotnost vynásobením jeho objemu jeho hustotou.
Vzhledem k Archimédově zákonu, který říká, že těleso ponořené do kapaliny působí zvedací silou rovnající se váze vytlačené kapaliny, je nutné vyvinout sílu rovnající se váze kusu korku, aby se udrželo pod vodou. Tato síla bude opačná než zdvihací síla vyplývající z Archimedova principu.
Pro výpočet požadované síly je třeba vynásobit hmotnost kusu korku gravitačním zrychlením (asi 9,8 m/s²). Výsledná hodnota ukáže, jakou sílu je třeba vyvinout, aby balsa držela pod vodou.
Pevnost a balzové dřevo
Vztlak a Archimédova síla
Abyste pochopili tento problém, musíte si pamatovat Archimédův zákon, který říká, že těleso ponořené do kapaliny působí směrem vzhůru od kapaliny, rovnající se váze kapaliny jím vytlačené. Plávání nebo ponoření do kapaliny tedy závisí na rozdílu mezi hmotností tělesa a hmotností vytlačené kapaliny.
Korkové dřevo má zpočátku nízkou hustotu, protože jeho struktura se skládá z mnoha mikroskopických buněk naplněných vzduchem. Tento vzduch vytváří vnitřní vakuovou strukturu, která umožňuje zátkou plavat na hladině vody.
Síla potřebná k pohonu zástrčky
Chcete-li udržet kus balzového dřeva pod vodou, musíte překonat vzduchovou bublinu uvnitř. Chcete-li to provést, musíte použít další sílu přesahující sílu Archiméda, aby korek ztratil svou vztlakovou sílu a začal se potápět.
Přesná velikost této síly závisí na velikosti a hustotě kusu korku a také na hloubce ponoření. V praxi, pokud je kus korku zcela ponořen pod vodou, bude potřebná síla rovna jeho hmotnosti.
Je důležité si uvědomit, že balzové dřevo má schopnost časem absorbovat vodu. To může vést ke změnám vlastností korku a možná i ke zvýšení hustoty. To bude mít za následek změnu požadované síly k ponoření zástrčky.
Jak udržet balzu pod vodou?
Udržování balsy pod vodou může být nezbytné v různých situacích, jako jsou experimenty, výsadba akvárií nebo dekorativní kompozice. Přestože je balzové dřevo samo o sobě lehké a může plavat na hladině, existuje několik způsobů, jak jej udržet pod vodou.
1. Použijte závaží. Balzové dřevo lze udržet pod vodou tak, že k němu připevníte závaží, jako jsou kameny, kovové předměty nebo těžké hliněné prvky. Musíte se ujistit, že závaží je dostatečně těžké, aby udrželo strom pod vodou, ale ne tak těžké, aby ho poškodilo.
2. Použijte průhledné nitě nebo gumičku. Balzový stromek lze přivázat čirou nití nebo gumičkou k ozdobnému prvku na dně nádoby na vodu. Ujistěte se, že provázek nebo páska jsou dostatečně pevné, aby stromek udržely bez jeho poškození.
3. Použijte stojan nebo nádobu s vodou. Pokud je třeba korkový strom držet pod vodou po dlouhou dobu, můžete jej umístit do speciální nádoby nebo na stojan s vodou. Stojan nebo nádoba musí být dostatečně hluboké, aby strom zcela ponořily a udržely ho tam. Vezměte prosím na vědomí, že strom může vyžadovat další vlhkost nebo výživu.
4. Používejte akvarijní příslušenství. Pokud je balzové dřevo určeno do akvária nebo vodního bazénu, můžete použít speciální zařízení, jako jsou kamenné nebo plastové podstavce s přísavkami nebo sponami. Umožní vám udržet strom pod vodou, aniž by došlo k poškození živočichů a rostlin v biologickém systému akvária.
Nezapomeňte, že balzové dřevo dokáže absorbovat vodu, což pomáhá zajistit jeho vztlak. Proto je třeba při použití některé z navrhovaných metod věnovat pozornost hloubce stromu ve vodě a jeho stavu. Pravidelná péče a dodržování základních pravidel udrží balzu ponořenou a konzervovanou v dekorativním nebo experimentálním kontextu.
