Hustota a správanie sa telies v tekutinách (kvapalinách a plynoch)
Hoci väčšina ľudí si myslí, že tekutina je to isté čo kvapalina, nie je to celkom pravda. Keďže vieme, že aj kvapaliny, aj plyny dokážu tiecť, považujeme obe z nich za tekutiny.
Ak sa teleso dostane do prostredia tekutiny, môžu nastať 3 rôzne situácie:
|
|
 II.Teleso pláva, čiže ostáva na hladine (napr. kus dreva vo vode). |
 III.Teleso sa vznáša, čiže sa nachádza niekde v strede medzi dnom a hladinou (napr. balón naplnený vodou vo vode). |
Kedy nastane ktorá z týchto troch situácií? Aby sme to pochopili, budeme si musieť zaviesť novú fyzikálnu veličinu, ktorá sa nazýva hustota.
Hustota
Hustota (objemová hmotnosť) je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje homtnosť určitého objemu telesa. Jej značka je grécke písmeno ρ [ró]. Vypočítame ju tak, že hmotnosť telesa vydelíme jeho objemom. Vzorec na jej výpočet teda je ρ=m/V. Z tohto vzorca si pomocou rovnice vieme odvodiť vzore na výpočet hmotnosti a objemu: m=ρ•V a V=m/ρ.
Jednotky hustoty a ich premena
Hlavná jednotka hustoty je kilogram na meter kubický (kg/m3), ale ďalšia používaná jednotka hustoty je gram na centimeter kubický (g/cm3). Ako tieto jednotky premieňať? Skúsme to odvodiť:
|
Odvoďme si jednotku g/cm3 z hlavnej jednotky kg/m3: Vieme, že kilogram premeníme na gram tak, že ho vynásobíme 1000 a meter kubický na centimeter kubický tak, že ho vynásobíme 1000000. |
 |
| Získame teda vzťah v ktorom platí, že gram na centimeter kubický získame tak, že kilogram na meter kubický vydelíme 1000. |  |
| Keďže pri premene z kg/m3 na g/cm3 sme delili 1000, tak pri opačnom procese (čiže premene z g/cm3 na kg/m3) budeme násobiť 1000. |  |
Kilogram na meter kubický je teda menšia jednotka ako gram na centimeter kubický.
Hustota väčšiny telies klesá zo vzrastajúcou teplotou (keďže objem sa zväčšuje a hmotnosť sa nemení), ale voda je výnimkou. Hustota vody je totiž najvyššia pri 4°C a od tejto teploty obomi smermi klesá. Hustota vody sa pri normálnych podmienkach (20°C, tlak 101325Pa) rovná 998,2kg/m3 (čiže 0,9982g/cm3), ale skoro pri všetkých výpočtoch pracujeme zo zaokrúhlenou hodnotou 1000kg/m3 (čiže 1g/cm3).
Archimedov zákon
Teraz, keď už sme pochopili hustotu, môžeme si povedať, ktoré telesá budú v tekutine plávať, ktoré sa budú vznášať a ktoré sa ponoria. Opisuje to archimedov zákon. Jeho úplné znenie opíšem pri vztlakovej sile, tu si vystačíme zo zjednodušeným znením: V tekutine bude plávať teleso, ktoré pri jeho úplnom ponorení v danej kvapaline vytlačí menšiu hmotnosť tekutiny ako má ono samo, vznášať sa bude teleso, ktoré vytlačí rovnakú hmotnosť tekutiny ako má ono samo a ponorí sa teleso, ktoré vytlačí väčšiu hmotnosť kvapaliny, ako má ono samo. Keďže vieme, že teleso vždy vytlačí taký objem tekutiny, aký má ono samo a hustotu vypočítame vydelením hmotnosti objemom, tak môžeme povedať aj: V tekutine bude plávať teleso, ktoré má menšiu hustotu ako daná kvapalina, vznášať sa bude teleso, ktoré má rovnakú hustotu ako daná kvapalina a ponorí sa teleso, ktoré má väčšiu hustotu ako daná kvapalina.
Viskozita
Keď v bežnej reči povieme o nejakej kvapaline, že je hustá, myslíme tým buď to, že je cool (o tomto význame tu nebudem hovoriť) alebo to, že pomaly tečie a veľmi sa nerozprskáva. Vo fyzike však toto nie je hustota, ale úplne iná vlastnosť, ktorá sa nazýva viskozita kvapaliny. Čím je kvapalina viskóznejšia, tým pomalšie tečie, tým lepšie si drží svoj tvar a tým menej sa rozprskáva. Olej je viskóznejší ako voda, ale je menej hustý (ľahko sa o tom presvedčíme, keď zmiešame olej s vodou, lebo tak uvidíme, že na nej pláva). Jednou s najviskóznejších kvapalín je ortuť.