Jádro
Na hladině zůstane plavat těleso, jehož hmotnost je menší než vztlak odpovídající hmotnosti kapaliny, kterou by vytlačilo při úplném ponoření. Takové těleso nejdřív vystoupí k hladině a tam se ustálí tak, že se ponoří jen částí objemu. Správná je tedy odpověď, že hmotnost tělesa je menší než vztlak odpovídající hmotnosti vytlačené kapaliny.
Varianta "hmotnost je větší než vztlak" znamená potopení. Varianta "hmotnost se rovná vztlaku" popisuje stav vznášení (nebo ustálený stav již plovoucího tělesa), ne podmínku, aby těleso na hladině plavalo vynořené.
Pozadí
Platí Archimédův zákon: na těleso ponořené v kapalině působí svislá vztlaková síla rovna tíze kapaliny tělesem vytlačené. Porovnáváme tíhu tělesa a vztlak při plném ponoření:
- tíha tělesa větší než vztlak - těleso klesá ke dnu,
- tíha tělesa rovná vztlaku - těleso se vznáší v libovolné hloubce,
- tíha tělesa menší než vztlak - těleso stoupá k hladině a vynoří se částí objemu.
Při vynořování se zmenšuje ponořený objem, a tím i vztlak. Až se vztlak vyrovná tíze tělesa, těleso plave v rovnováze. Průměrná hustota plovoucího tělesa je proto menší než hustota kapaliny. U lodi je to dáno dutým trupem naplněným vzduchem.
Vizualizace
Praktická aplikace
Ocelová koule se potopí, ale ocelový trup lodi plave, protože jeho průměrná hustota (ocel plus vzduch uvnitř) je menší než hustota vody. Plachetnice ve sladké vodě sedí hlouběji než v moři, protože sladká voda má menší hustotu a k vyrovnání tíhy je třeba vytlačit větší objem. Zatopená loď naopak ztrácí rezervu vztlaku, proto se na plachetnicích používají vzduchové komory a plováky.
Zdroje
- Archimédův zákon (hydrostatika, fyzika)
- Teorie plachtění: vztlak, stabilita a plovoucí těleso