Pátek 10. dubna 2020, svátek má Darja
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Pátek 10. dubna 2020 Darja

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: 32.10 | přečteno: 1186x

Další články blogera

Dana Tenzler

Blogy o vesmíru (5) - Sluneční soustava

Poslední kapitoly z mé blogové knihy o vesmíru - tentokrát o Sluneční soustavě. (délka celkově ca. 100 min.)

9.4.2020 v 8:00 | Karma článku: 11.74 | Přečteno: 200 | Diskuse

Dana Tenzler

Blogová kniha o vesmíru - galaxie (4)

Další kapitoly z vesmírné blogové knihy - tentokrát se týkají vzniku a života galaxií. Pokud vás tyto blogy v roce 2016 minuly, můžete je pročíst dnes. (délka blogu min. 100 min.)

6.4.2020 v 8:00 | Karma článku: 10.18 | Přečteno: 197 | Diskuse

Dana Tenzler

Hvězdné kariéry - vesmírná blogová kniha (3)

Jak probíhají hvězdné kariéry? Jak se rodí hvězdy, jak žijí a jaká bývá jejich poslední cesta? Vesmír je nejen hvězdná porodnice - rodí se v něm také nesčetné planety. A my - my to dnes můžeme sledovat na živo.(délka ca. 100 min.)

2.4.2020 v 8:00 | Karma článku: 14.11 | Přečteno: 224 | Diskuse

Dana Tenzler

Víme, co je vesmír? Blogová kniha o vesmíru (2)

Několik kapitol z blogové knihy o vesmíru. Co je vesmír, kde končí - a co je za ním? Jak to, že velká část vesmíru chybí? (délka blogu ca. 100 min.)

30.3.2020 v 8:00 | Karma článku: 14.34 | Přečteno: 377 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Blogy o vesmíru (5) - Sluneční soustava

Poslední kapitoly z mé blogové knihy o vesmíru - tentokrát o Sluneční soustavě. (délka celkově ca. 100 min.)

9.4.2020 v 8:00 | Karma článku: 11.74 | Přečteno: 200 | Diskuse

Zdenek Slanina

Česko v 1. dvacítce příjemců antikoronaviru Avigan/Favipiravir - Okamura Tomio pohnul SÚKL

Ve středu má i Japonsko vyhlásit stav nouze. Před tím ale došlo k důležitému posunu u léku Avigan/Favipiravir/Favilavir. O ten už požádalo na tři desítky zemí, a to pod vlivem pozitivních výsledků čínských testů z února a března.

7.4.2020 v 13:33 | Karma článku: 31.25 | Přečteno: 2074 |

Jan Fikáček

Není objektivní stůl jen chomáč pohledů? Je trojrozměrný předmět opravdu 3D?

Když se podíváme třeba na stůl, řekneme si, že je to skutečná objektivní trojrozměrná věc. A že je mimo nás. A nebudeme o tom ani trochu pochybovat. Je to ale mnohem, mnohem složitější. Ukažme si, co to vlastně taková 3D věc je.

7.4.2020 v 9:21 | Karma článku: 36.61 | Přečteno: 1216 | Diskuse

Dana Tenzler

Blogová kniha o vesmíru - galaxie (4)

Další kapitoly z vesmírné blogové knihy - tentokrát se týkají vzniku a života galaxií. Pokud vás tyto blogy v roce 2016 minuly, můžete je pročíst dnes. (délka blogu min. 100 min.)

6.4.2020 v 8:00 | Karma článku: 10.18 | Přečteno: 197 | Diskuse

Karel Tejkal

Evoluce, stvoření a pád do hříchu

Kreacionisté mladé Země s oblibou argumentují krásou a dokonalostí živých organismů a své okouzlení považují za důkaz tvůrčích schopností stvořitele. Živé organismy však nemusí být vždy jen krásné a dokonalé. Co s tím?

5.4.2020 v 19:20 | Karma článku: 9.67 | Přečteno: 227 | Diskuse
Počet článků 548 Celková karma 25.31 Průměrná čtenost 1315

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. 

Rouška zastaví koronavirus, potvrdili vědci. Laboratoří je i celé Česko

Experimenty potvrdily, že klasická chirurgická rouška výrazně snižuje výskyt koronaviru ve vydechovaném vzduchu....

Bruce Willis je v karanténě s exmanželkou Demi Moore. Dceři oholil hlavu

Bruce Willis (65) a Demi Moore (57) se rozvedli před dvaceti lety. Vycházejí spolu ovšem tak dobře, že tráví karanténu...

Díky koronaviru v pornu vydělávám velké peníze, říká bývalá Disney hvězda

Po neúspěchu v Hollywoodu přesedlala Maitland Wardová (42) na kariéru v pornoprůmyslu, kde se jí velmi daří. Herečka se...

Obchody zůstanou na pomlázku zavřené. Řetězce nevyužily stavu nouze

O Velikonočním pondělí zůstanou supermarkety zavřené a budou se tak držet zákona, který platí v běžných dobách. V...

Páté zvláštní poselství za 68 let vlády. Alžběta II. promluvila o koronaviru

Britská královna Alžběta II. (93) v neděli promluvila k veřejnosti. V předtočené nahrávce zdůraznila nutnost sebekázně...