Inspirace historií

Jak již bylo řečeno, vzduch je nasáván díky tomu, že vytvoříme podtlak a okolní vzduch je přitom natlačen dovnitř. Můžeme si však položit otázku, jak velký podtlak vysavač vytváří? A Booth zkoušel nasávat vzduch ústy. Jsme schopni takto vyvinout srovnatelný podtlak?

Jak tedy tlak změřit. Tlak je síla, která působí na jednotkovou plochu. Můžeme se tedy pokusit vysavačem nadzdvihnout závaží. Tíhová síla působící na závaží musí být stejně velká jako síla, kterou je závaží tlačeno do trubice vysavače. Sílu určíme tedy tak, že zjistíme, jakou maximální hmotnost jsme schopni pomocí vysavače udržet ve vzduchu. Musíme ještě zjistit plochu, na kterou síla působí, což je plocha průřezu hadice.

p. . . . . . . . . . tlak

F_G. . . . . . . . . tíhová síla

S. . . . . . . . . . plocha

m. . . . . . . . . hmotnost závaží

g. . . . . . . . . . tíhové zrychlení

r. . . . . . . . . . poloměr trubice

Abychom mohli závaží nadzdvihnout musíme trubici dobře přisát, proto je dobré hadici utěsnit například modelínou (viz obr. 1). Potom si ale musíme změřit, jakou hmotnost udrží sama modelína a příslušnou sílu odečíst od síly, kterou působí závaží udržené sajícím vysavačem.

Obr. 1 Vysavačem se mi podařilo nadzdvihnout dvě 1,5 l láhve vody.

Vysavačem se mi podařilo nadzdvihnout 3 kg, ale modelína sama udrží také poměrně dost. Jen za pomoci modelíny jsem nadzvihla 1 kg. Sám vysavač udrží tedy 2 kg. Průměr trubice byl 3,2 cm. Obsah průřezu tedy byl 8 cm2 a podtlak, který vysavač vyvinul byl asi 25 kPa. Pokud si chcete, co nejrychleji vyzkoušet sílu vašeho vysavače, postačí vám k tomu dát závaží do igelitové tašky. Taška bude nasáta dovnitř a dobře utěsní hadici (pro demonstraci, to však není příliš vhodné, protože není vidět, s jakou plochou musíme počítat). (viz. obr. 2)

Obr. 2 Vysavačem jsem nasála a nadzdvihla igelitovou tašku, ve které byly 2 kg mouky.

Pokud si uvědomíme, že tlak je síla působící na jednotkovou plochu, a předpokládáme-li, že vysavač vytváří stále stejný podtlak, můžeme zvětšit plochu, kterou se vysavač přisává a působící síla pak bude větší. Pokud zvětšíme plochu dostatečně a přisajeme se pomocí vysavače například ke stolu, nebudeme mít ani dostatečnou sílu na to, abychom se odtrhli (viz obr. 3). Na vytvoření takového nástavce na hadici vysavače, potřebujeme dřevěnou desku, do které vyřízneme uprostřed kruhový otvor. Na něj umístíme plastovou trubku, na kterou můžeme nasadit trubici od vysavače. Trubku musíme v otvoru utěsnit tak, aby nemohl proudit vzduch kolem trubky. Po obvodu trubky musíme také nalepit těsnění (můžeme použít těsnící pásku na okna), aby se mohla deska dobře přisát.

Obr. 3 Nástavec na hadici vysavače:
A - pohled shora
B - pohled zespodu
C - vysavač přisátý na skříň [27]

Jak bychom mohli změřit podtlak, který jsme schopni vyvinout ústy?

Můžeme si vzít brčko a změřit tlak stejně jako v případě vysavače. Jestliže ale máme brčko, nabízí se otázka, jak dlouhé brčko bychom mohli mít, abychom se ještě byli schopni napít? Jinými slovy musíme určit výšku vodního sloupce, do které voda v brčku vystoupí. Je zřejmé, že brčko nám pro toto měření nestačí, musíme použít hadičku. Z výšky sloupce pak už snadno vypočítáme tlak. Tlak uvnitř hadičky je nižší, a tak okolní vzduch vytlačí vodu do hadičky. Rozdíl tlaků je stejný jako je tlak vodního sloupce (tj. hydrostatický tlak).

h. . . . . . . . . výška sloupce vody

r. . . . . . . . . hustota vody

Obr. 4 Podtlak vytvořený ústy je roven hydrostatickému tlaku vodního sloupce v hadičce

Tímto způsobem tedy můžeme zjisti, jaký podtlak jsem schopni ústy vyvinout. Nejdříve zkusíme zjistit, do jaké výšky dokážeme vysát vodu na jeden nádech. Mě se podařilo dostat vodu do výšky 1 m, zatímco mému příteli se podařilo dosáhnout dvojnásobku. Voda vystoupala do výšky 205 cm. Tlak, který takto vytvořil, byl 20 kPa. Je tedy vidět, že síly člověka jsou s vysavačem srovnatelné, i když každý z nás není tak úspěšný.

Ale pokud připustíme, že se můžeme nadechovat jak chceme, podaří se nám, aby voda vystoupila mnohem výše. Podařilo se nám takto dosáhnout výšky až 6 m, což odpovídá tlaku 59 kPa. Je to tedy podstatně více než kolik se podařilo vysavači.

Je zřejmé, že vytvořený podtlak není postačujícím měřítkem pro sání vysavače, důležitý je také objem nasátého vzduchu. Potřebovali bychom nějaké srovnání se spotřebovanou energii. Příkon vysavače najdeme udaný od výrobce přímo na přístroji. Spotřebovaný výkon potom můžeme vyjádřit vztahem:

P . . . . . . . . . výkon

Dp. . . . . . . . . podtlak v trubici

Q. . . . . . . . . objemový tok

V. . . . . . . . . . objem vzduchu

t. . . . . . . . . . čas

Pracovní list - měření podtlaku