Hustota kvapalín

Archimedov zákon sa dá zhrnúť aj do pravidla o hustotách. Ak má teleso menšiu hustotu ako kvapalina, do ktorej je umiestnené, pláva. Ak má teleso väčšiu hustotu ako daná kvapalina, potápa sa. A ak sa hustota telesa rovná hustote kvapaliny, teleso sa v nej vznáša.

Zákon platí aj pre kvapaliny a výborne sa dá pozorovať na kvapalinách, ktoré sa spolu nemiešajú. Videonávod uvedených pokusov nájdete, ako obvykle, na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.

Olejová bublina v beztiažovom stave

Pomôcky: priehľadný pohár, voda, olej, lieh
Postup: Do polovice pohára nalejeme vodu a pridáme kvapku oleja. Vidíme, že olejová kvapka vytvorila kruhové oko na povrchu vody. Do nádoby opatrne pridávame lieh, až kým sa z olejového oka nestane guľa. Ak náhodou prúd liehu rozdelí olejové kvapky, paličkou ich možno zasa spojiť, prípadne rozdeliť.
Vysvetlenie: Z kvapalín v pokuse má najväčšiu hustotu voda, menšiu olej a najmenšiu hustotu má lieh. Zároveň sa olej nemieša ani s vodou, ani s liehom. Voda s liehom sa pri opatrnom nalievaní premiešajú len na rozhraní kvapalín. Takže vytvoria ideálnu hustotu pre olejovú kvapku, ktorá sa ocitne v akomsi beztiažovom stave. Bude sa vznášať v tom mieste kvapaliny, kde sa hustota rovná hustote oleja.

Stúpajúca a klesajúca kocka ľadu

Pomôcky: vysoký priehľadný pohár, kocka ľadu, slnečnicový olej
Postup: Do pohára nalejeme po jeho okraji olej a pridáme kocku ľadu. Pozorujeme, ako kocka najskôr pláva na hladine oleja, pričom nad hladinu vytŕča len maličká časť kocky. Po chvíľke sa začne kocka topiť a odpájajú sa z nej kvapky vody, ktoré klesajú na dno pohára, pretože voda má väčšiu hustotu ako olej. Na spodku pohára sa tvorí malá vodná vrstva. Keďže voda sa nemieša s olejom, je na ich rozhraní akási prechodová vrstva, ktorá má špeciálne vlastnosti a už teraz môžeme pozorovať pekné efekty pri dopade kvapky vody oddelenej z ľadovej kocky. No čakáme na moment, keď sa kocka ľadu zmenší a začne klesať na dno pohára. Po chvíľke si to však rozmyslí a znova začne stúpať k hladine. Tento vertikálny pohyb si kocka zopakuje viackrát.
Vysvetlenie: Ak si pozrieme hodnoty hustôt v tabuľke, môžeme sa čudovať, ako je možné, že kocka ľadu pláva na hladine oleja. Nuž pravdou je, že sa nám pri pokuse udiali obe možnosti – kocka klesla na dno hneď na začiatku pokusu alebo plávala na hladine. Všetko to závisí od toho, aký olej a akú kocku si zvolíme a tiež od toho, ako olej do pohára nalejeme.
Na pokus sme použili slnečnicový olej. Ak olej nalejeme do pohára prudko, bude obsahovať veľa malých bublín vzduchu, a tým znížime jeho priemernú hustotu. Zmenu hustoty ľadu tiež ovplyvňuje množstvo vzduchových bublín, ktoré v ňom uviazli. Vzduchové bubliny zmenšujú priemernú hustotu kocky ľadu, a preto pláva na hladine oleja. Takže sa usilujeme do ľadu dostať čo najviac vzduchových bublín a nemať ich v oleji.
Keď sme dosiahli, aby kocka ľadu plávala na hladine, môžeme si všimnúť, čo sa s ňou deje. Kocka sa začne topiť a na jej spodnom okraji sa sformuje kvapka. Priemerná hustota kocky ľadu spojenej s kvapkou vody je väčšia ako hustota samotnej kocky ľadu. Keď sa kocka roztopí natoľko, aby sa jej priemerná hustota s kvapkou vody zvýšila nad hustotu oleja, začne klesať ku dnu. Počas cesty dole sa kvapka vody od ľadu oddelí a kocka ľadu začne stúpať smerom k hladine. Ak náhodou kocka s kvapkou klesne až k rozhraniu vody s olejom, ľadová kocka zostane uväznená v tomto rozhraní. Môžeme ju uvoľniť pomocou paličky.

Úloha na doma: Do pohára nalejeme vodu a vložíme doň kocku ľadu. Potom dolejeme vodu do pohára tak, aby bola naliata kopcom.
Otázka: Čo myslíte, ako sa zmení hladina vody po roztopení ľadu?
1. Stúpne a voda sa preleje.
2. Klesne, a teda nebude už naliata kopcom.
3. Nezmení sa.

PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto a video Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu: sona.gazakova@fmph.uniba.sk.