Syrakúský král

Úloha číslo: 789

Dle legendy si nechal syrakúský král Hieron II. zhotovit zlatou korunu ve tvaru vavřínového věnce a požádal Archiméda, aby zjistil, zda je vyrobena z ryzího zlata. Archimédes vyvážil korunu na vzduchu zlatým závažím a poté ponořil vyvážený systém do vody. Zlaté závaží korunu převážilo a zlatník přišel o hlavu.

Vysvětlete, proč stihl mistra zlatníka tak nemilosrdný trest.

  • Nápověda 1

    Jaké síly na korunu a na závaží působí na vzduchu? A jaké síly ve vodě?

  • Nápověda 2

    Liší se gravitační síla na vzduchu a ve vodě? Co tedy rozhoduje o zachování rovnováhy ve vodě?

  • Nápověda 3

    Co ovlivňuje velikost vztlakové síly? Popište vztah, který vyjadřuje Archimédův zákon. Co z toho plyne pro objem a pro hustotu koruny a závaží? Na základě hustoty jste již schopni rozhodnout.

  • Nápověda 4

    Už víme, jak je to s objemem koruny a objemem závaží. Umíme rozhodnout, jak to bude s hustotami materiálů, ze kterých jsou vyrobeny? Co z toho můžeme usoudit o pravosti vyrobené koruny?

  • Celkové řešení

    Na vzduchu působí na oba předměty gravitační síla a vztlaková síla vzduchu (ta je ve srovnání s gravitační silou malá a nebudeme ji uvažovat). Ve vodě působí kromě gravitační síly na oba předměty také vztlaková síla vody.

    Gravitační síla na obě tělesa je na vzduchu i ve vodě stejná. Pokud se tedy rovnováha ve vodě porušila, znamená to, že na korunu a na závaží působí různá vztlaková síla.

    Vztlakovou sílu spočítáme jako:

    \[F_\mathrm{vz}\,=\,V{\rho}g\,,\]

    kde V je objem ponořené části tělesa, ρ je hustota okolní kapaliny, g = 10 N/kg (číslo, kterým musíme vynásobit hmotnost, abychom dostali příslušnou gravitační sílu).

    Jestliže závaží korunu převáží, znamená to, že na korunu působí větší vztlaková síla. Koruna je touto silou více nadnášena. Víme, že ρ i g jsou pro korunu i závaží stejné. Rozdílnou velikost vztlakové síly způsobuje rozdílný objem koruny a závaží. Koruna má tedy větší objem.

    Koruna má stejnou hmotnost jako závaží (na vzduchu byly oba předměty v rovnováze, mají tedy stejnou hmotnost). Proto víme, že hustota materiálu, ze kterého je koruna vyrobena, musí být nižší než hustota zlata, ze kterého je vyrobeno závaží. Koruna tedy nebyla vyrobena z čistého zlata a mistr zlatník krále podvedl.

  • Odpověď

    Hustota materiálu, ze kterého je koruna vyrobena, je nižší než hustota zlata, ze kterého je vyrobeno závaží. Koruna tedy nebyla vyrobena z čistého zlata a mistr zlatník krále podvedl.

Úroveň náročnosti: Úloha vhodná pro žáky základní školy
Úloha řešená úvahou
Úloha na výklad, vysvětlení smyslu nebo významu, zdůvodnění
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: sbírka Petra Nekoly, ZŠ Plzeň
×Původní zdroj: sbírka Petra Nekoly, ZŠ Plzeň
Zaslat komentář k úloze