Uzgon

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Uzgon ili Statički uzgon je sila koja djeluje na sva tijela uronjena u fluide (tekućine i plinove) koji se nalaze u potencijalnom polju sila (gravitacijsko polje, akcelerirani sustav). Sila uzgona suprotnog je smjera od vektora težine tijela u gravitacijskom polju, odnosno djeluje u smjeru vektora akceleracije u akceleriranim sustavima, a intezitet joj je proporcionalan volumenu uronjenog tijela i gustoći fluida. Sila uzgona nastaje usljed razlike hidrostatičkih tlakova koji djeluju na donji i gornji dio površine uronjenog tijela.

Pojednostavljeni matematički model[uredi VE | uredi]

Da bi izveli formulu za intenzitet sile uzgona, zamislimo da je u neku posudu s tekućinom stavljeno tijelo oblika kocke stranice \mathbf{}a te da je to tijelo tako orijentirano da je jedna njegova ploha paralelna s dnom posude. Kocka je omeđena sa šest ploha i hidrostatski pritisak u tekućini djeluje na svaku od njih. Pritisci na četirima vertikalnim plohama se međusobno poništavaju, s obzirom da se sve četiri nalaze na istoj dubini i svaka od njih ima plohu nasuprot sebi na koju djeluje isti srednji pritisak. Stvar je drugačija s dvama horizontalnim plohama; gornja ploha se nalazi na nekoj dubini \mathbf{}h, a donja ploha se nalazi na dubini \mathbf{}h+a. Iz toga slijedi da na gornju plohu prema dolje djeluje hidrostatski pritisak

\mathbf{}p_g=\rho gh

gdje je \mathbf{}\rho gustoća tekućine, a \mathbf{}g je jakost gravitacijskog polja, tj. ubrzanje sile teže.

Na donju plohu prema gore djeluje hidrostatski pritisak

\mathbf{}p_d=\rho g(h+a)

Rezultantna sila na tijelo proizlazi iz razlike tih dvaju tlakova

\mathbf{}F_u=A(\rho gh-\rho gh-\rho ga)=A\rho ga=\rho gV

gdje je \mathbf{}A površina plohe kocke, a \mathbf{}V volumen kocke.


Silu \mathbf{}F_u=\rho gV zovemo uzgon i ta sila u gravitacijskom polju Zemlje uvijek djeluje prema gore, odnosno u općem slučaju, djeluje u smjeru suprotnom od volumenske sile polja u kojem se nalaze tekućina i uronjeno tijelo. Kako je vidljivo iz formule, intenzitet te sile je zapravo jednak težini tekućine koju je uronjeno tijelo istisnulo, a to ovisi samo o volumenu tijela, ne i o njegovom obliku što je otkrio još Arhimed i danas to njegovo otkriće zovemo Arhimedov zakon.

Ukoliko je gustoća uronjenog tijela veća od gustoće tekućine, \mathbf{}\rho _t>\rho, tada će tijelo tonuti jer je težina tijela veća od uzgona. Ukoliko su gostoće jednake, \mathbf{}\rho _t=\rho, tada će tijelo mirno lebdjeti u tekućini, a ukoliko je gustoća manja, \mathbf{}\rho _t<\rho, tada će tijelo isplivati na površinu i ostati uronjeno samo do one dubine na kojoj se uravnotežuju težina tijela i uzgon.

Dopunske napomene za potpunije razumijevanje:

  • U bestežinskom stanju nema uzgona jer nema ni hidrostatskog tlaka.
  • Uzgon će se javljati i u smjeru suprotnom od inercijalnih sila, npr. ako tijelo u tekućini rotira zajedno s tekućinom oko neke osi javit će se centrifugalni uzgon (vidi inercija i centrifugalna sila).

Vidi još[uredi VE | uredi]