16(5)

Na rysunku 15.1 Ob przedstawiono sytuację, w której worek z wodą zastąpiliśmy kamieniem dokładnie wypełniającym pusty obszar z rysunku 15.lOa. Mówimy, że kamień wypiera wodę, to znaczy zajmuje obszar, w którym pod jego nieobecność znajdowała się woda. Kształt rozważanego obszaru nie zmienił się, a zatem siły działające na jego powierzchnię muszą być takie same jak wtedy, gdy znajdował się tam worek z wodą. Inaczej mówiąc, na kamień działa taka sama siła wyporu, jaka działała poprzednio na worek z wodą, to znaczy wartość siły wyporu wynosi w_pg, czyli jest równa ciężarowi wody wypartej przez kamień.

W odróżnieniu od worka z wodą, kamień nie znajduje się w równowadze statycznej. Działająca na niego w dół siła ciężkości F_% ma wartość większą od wartości działającej na niego od dołu siły wyporu, co pokazano na diagramie sił z prawej strony basenu na rysunku 15.1 Ob. Kamień porusza się więc ruchem przyspieszonym w dół i opada na dno basenu.

Wyobraźmy sobie następnie, że pusty obszar z rysunku 15.lOa dokładnie wypełniliśmy klockiem z lekkiego drewna, jak na rysunku 15.10c. Jak poprzednio, obszar zajmowany przez ciało w wodzie nie zmienił się, a więc siła wyporu ma nadal wartość F_w równą m_pg, czyli ciężarowi wypartej wody. Podobnie jak kamień, klocek nie znajduje się w równowadze statycznej. Siła ciężkości F_g ma jednak teraz wartość mniejszą od wartości siły wyporu, jak pokazano na rysunku z prawej strony basenu, a zatem drewniany klocek porusza się ruchem przyspieszonym do góry i wypływa na powierzchnię wody w basenie.

Wnioski, do których doszliśmy, analizując worek z wodą, kamień i drewniany klocek, stosują się do wszystkich płynów'. Możemy je podsumować, mówiąc:

Późnym popołudniem 21 sierpnia 1986 roku wstrząs nieznanego pochodzenia (być może wulkaniczny) wzburzył wodę w jeziorze Nyos w Kamerunie, które zawiera bardzo dużo rozpuszczonego w wodzie dwutlenku węgla. Wstrząs ten spowodował tworzenie się w wodzie pęcherzyków dwutlenku węgla, które — jako lżejsze od otaczającego je płynu (wody) — unosiły się na powierzchnię jeziora, gdzie dwutlenek węgla przechodził do powietrza. Dwutlenek węgla jest gazem cięższym od powietrza, a zatem — znajdując się teraz w lżejszym płynie — pozostawał przy powierzchni ziemi i spływał ze zbocza góry jak rzeka, powodując śmierć przez uduszenie 1700 osób oraz bardzo wielu zwierząt, co widać na zdjęciu z prawej

72

15. Płyny