Neděle 7. června 2020, svátek má Iveta, Slavoj
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 7. června 2020 Iveta, Slavoj

Falkirk Wheel - Archimedův zákon v prax

20. 02. 2020 8:00:29
Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou rovnající se tíze kapaliny tělesem vytlačené. Nudné? Ve skotském městě Falkirk ani náhodou. (délka blogu 5 min.)

Konstrukce, která zde elegantně využívá Archimedův zákon, má průměr 35 metrů a hmotnost 1800 tun. Není to tedy žádný drobek. Zdolává ale výškový rozdíl 24 metrů. To je rozdíl mezi polohou hladiny obou kanálů, které Falkirk Wheel spojuje.

Vany, do kterých vplouvají lodi, váží spolu s vodou 600 tun.

Aby se mohla loď z nižšího kanálu dostat do vyššího, musí vykonat určitou (fyzikální) práci. Ta se dá vyjádřit jednoduchým vzorcem: W = mgh ... kde “m” je hmotnost v kilogramech, “g” je tíhové zrychlení (na naší planetě 9,81 m/s2) a “h” je výška, o kterou se má loď zvednout (vyjádřená v metrech).

Práce činí W=1000*9,81*24=235440 J na každou tunu hmotnosti, která je vyzvednuta do výšky 24 m.

Vany (gondoly) jsou propojeny tuhým ramenem. Během otáčení kolem osy rotace se automaticky vyrovnává jejich poloha tak, aby se z nich voda nevylila.

Z jednoho kanálu se do druhého dostávají lodi během zhruba čtyř minut.

Na to, aby se během této doby dostala tuna nákladu z dolní pozice do horní, je teoreticky nutný výkon zhruba 1000 W. Na prostý přenos vany o hmotnosti kolem 600 tun z dolního kanálu do horního by tedy byl nutný značný výkon (600 kW).

Nebo jinak: energie 235,440 kJ (J=W*s) znamená hodnotu 235,44 kJ/3600 = 0,0654 kWh na každou tunu nákladu. Může to jít ale také jinak...

Princip práce Falkirk Wheel

... spočívá v jednoduchém triku. Pokud nepřemísťujete pouze jednu gondolu s hmotností 600 tun - ale dvě, které jsou spojené pevným ramenem a otáčejí se kolem společné osy a zároveň se nacházejí v rovnováze, nemusíte vykonávat práci, abyste překonali zemskou přitažlivost.

Hmotnost jedné gondoly se rovná hmotnosti té druhé - gravitační zrychlení působí na obě stejně. Zatímco je gondola tlačena přitažlivostí Země dolů, její stejně těžká kolegyně, která se nachází na druhé straně ramena, ji tlačí stejnou silou nahoru.

K pohybu obou gondol pak stačí už jen překonat tření, které pohyb logicky brzdí.

A zmiňovaný Archimedes? Ten se postará o to, že jsou obě gondoly naplněné vodou do stejné výšky, skutečně stejně těžké - a to nezávisle na tom, jestli v gondole plave loď nebo malá pramice. Dokonce i tehdy, když se v obou gondolách nachází různě velké a těžké lodi, mají obě stejnou váhu.

Loď, která pluje po hladině, má větší objem než objem vody stejné hmotnosti (jinak by se potopila). Vytlačí takové množství vody, která odpovídá její hmotnosti. Těžší loď pak vytlačí z gondoly větší množství vody než lehká, součet hmotnosti vody a lodi v gondole tak zůstává stejný (viz obrázek).

Pokud se provozovateli kanálu podaří udržovat hladinu ve dvou identických gondolách ve stejné výšce, má vyhráno. Obě jsou pak stejně těžké a jejich rotace (tedy i přemístění nákladu lodi z jednoho kanálu do druhého) vyžaduje daleko menší energii. Konkrétně je to 1,5 kWh - tedy tolik, kolik potřebujete k uvaření běžného oběda. Pro srovnání - při jednoduchém vytažení nákladu stejné hmotnosti výtahem by bylo potřeba minimálně 36 kWh (nejspíše více, protože výpočet je jen teoretický a nepočítá např. s třením).

Celá konstrukce je citlivá jen na výšku vodní hladiny na obou stranách kanálu. To je logické. Musí se udržet stabilní výška hladiny v obou gondolách. Při ploše vodní hladiny kolem 200 metrů čtverečních odpovídá jeden centimetr výšky hladiny v gondole už celým dvěma tunám váhy.

O vyrovnání výšky vodní hladiny se tu stará přečerpávací stanice na horním kanálu. Má zhruba dvacetinásobný výkon než samotná pohyblivá konstrukce a umí reagovat na změny hladiny ve spodním kanále.




Autor: Dana Tenzler | čtvrtek 20.2.2020 8:00 | karma článku: 32.25 | přečteno: 1255x

Další články blogera

Dana Tenzler

Co je to radioaktivita a jak nám škodí?

Lidé se bojí radioaktivity proto, že není vidět ani cítit. Představují si všemocného vraha, proti kterému se nedá nijak bránit. Strach je zbytečný, lepší je spíše zdravý respekt. Pět blogů o tom, co je a co není radioaktivita.

4.6.2020 v 8:00 | Karma článku: 15.13 | Přečteno: 383 | Diskuse

Dana Tenzler

Chemie v kuchyni - deset zajímavostí

Chemie - to nejsou jen "éčka". Chemie v kuchyni pomáhá - a někdy i obveselí. Deset blogů o tom, co všechno umí chemie, kterou používáme v domácnosti. Čištění stříbra a mosazi, silikon a hrátky s coca-colou. (délka přes 100 min.)

1.6.2020 v 8:00 | Karma článku: 14.70 | Přečteno: 424 | Diskuse

Dana Tenzler

Nechte si se mnou zajít chuť ... na průmyslově vyrobené potraviny

Kečup, křupky, muffiny a dokonce i káva. Naše potraviny se pomalu stávají oslavou chemického průmyslu. Pojďte se podívat, co se dá všechno nalézt v oblíbených potravinách.

28.5.2020 v 8:00 | Karma článku: 18.29 | Přečteno: 984 | Diskuse

Dana Tenzler

Vesmírná alchymie

Jak přišly na svět chemické prvky a hmota, která zaplňuje vesmír? Kdo byl praotcem a pramatkou všech prvků a jak vznikaly ty, ze kterých se skládáme my sami? Kdo je pravým vesmírným alchymistou, který umí vyrobit zlato?

25.5.2020 v 8:00 | Karma článku: 15.15 | Přečteno: 393 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Co je to radioaktivita a jak nám škodí?

Lidé se bojí radioaktivity proto, že není vidět ani cítit. Představují si všemocného vraha, proti kterému se nedá nijak bránit. Strach je zbytečný, lepší je spíše zdravý respekt. Pět blogů o tom, co je a co není radioaktivita.

4.6.2020 v 8:00 | Karma článku: 15.13 | Přečteno: 383 | Diskuse

Jan Veselý

Venuše v Dolní Horní a tři červnová zatmění

aneb Topocentrický pohled na vesmír v červnu 2020. Venuše se během května „po anglicku“ vytratila, ale už na konci června se zase na obloze objeví. Měsíc předvede klasický taneček s Jupiterem, Saturnem a Marsem a také tři zatmění.

3.6.2020 v 22:00 | Karma článku: 11.09 | Přečteno: 191 | Diskuse

Dana Tenzler

Chemie v kuchyni - deset zajímavostí

Chemie - to nejsou jen "éčka". Chemie v kuchyni pomáhá - a někdy i obveselí. Deset blogů o tom, co všechno umí chemie, kterou používáme v domácnosti. Čištění stříbra a mosazi, silikon a hrátky s coca-colou. (délka přes 100 min.)

1.6.2020 v 8:00 | Karma článku: 14.70 | Přečteno: 424 | Diskuse

Dana Tenzler

Nechte si se mnou zajít chuť ... na průmyslově vyrobené potraviny

Kečup, křupky, muffiny a dokonce i káva. Naše potraviny se pomalu stávají oslavou chemického průmyslu. Pojďte se podívat, co se dá všechno nalézt v oblíbených potravinách.

28.5.2020 v 8:00 | Karma článku: 18.29 | Přečteno: 984 | Diskuse

Julius Maksa

Vznik a zánik vesmíru 1.

Vznikl vesmír tak, jak popisuje teorie velkého třesku? Mohla veškerá hmota vzniknout z ničeho? Je možné, aby hmota vznikla z energie? Je teorie velkého třesku reálná, nebo ji můžeme zařadit do sci-fi?

26.5.2020 v 12:40 | Karma článku: 12.25 | Přečteno: 477 | Diskuse
Počet článků 564 Celková karma 15.75 Průměrná čtenost 1341

Zajímám se o přírodní vědy. Píšu o tom, co mě zaujalo při toulkách internetem. Vzhledem k občastým dotazům - ano, skutečně mám vzdělání. Ne, nebudu tu vypisovat všechny svoje tituly, knihy a vědecké práce. Tenhle blog provozuji ve svém volném čase pro radost. 

Pokud vás blog pobaví nebo se v něm dočtete něco zajímavého - je jeho účel splněn. Přijďte si popovídat do diskuze, často je ještě zajímavější než blog sám, díky milým a znalým návštěvníkům. 

Najdete na iDNES.cz