Tlak

S účinky fyzikální veličiny zvané tlak se setkáváme na každém kroku. Na atmosférickém tlaku závisí průběh počasí, tlak krve ovlivňuje náš zdravotní stav. Bez patřičného tlaku v pneumatikách by nejezdily automobily a stejná síla vystřelí zátku šampaňského při vstupu do nového roku.

Tlak v láhvi sektu dosáhne během zrání šesti atmosfér, to je třikrát více než v automobilové pneumatice.

Ve výčtu účinků tlaku bychom mohli ještě dlouho pokračovat. Od vysavače využívajícího (pod)-tlak, přes tlak páry v parních strojích historických lokomotiv i v moderních turbínách, pneumatické nebo hydraulické stroje až po obyčejný papinův tlakový hrnec. Zkrátka pokud bychom přestali využívat fyzikálních účinků tlaku, vypadal by náš svět úplně jinak.

Působení atmosférického tlaku na rtuťový sloupec

Než bylo možné působení tlaku využívat systematicky, musel být jako fyzikální veličina objeven. Působení atmosférického tlaku demonstroval jako první italský badatel Evangelista Torricelli (1608-1647). Naplnil asi metr dlouhou, na jedné straně uzavřenou skleněnou trubici rtutí, potom ji otočil a otevřeným koncem ponořil do nádoby se rtutí. Po uvolnění otvoru vytekla část rtuti do nádoby a nahoře zůstal prázdný prostor. Torricelli dospěl ke správnému závěru, že výška rtuťového sloupce (760 mm) je dána tlakem vzduchu na hladinu rtuti v nádobce.

Tento pokus umožnil mino jiné vyřešit jeden praktický problém, který od počátku sedmnáctého století trápil horníky. Jejich pumpy totiž nebyly schopny vytáhnout spodní vodu do větší výšky než deset metrů. Torricelli přepočítal výsledky experimentu pro vodu místo rtuti. Zjistil, že sloupec vody by při obdobném pokusu dosáhl právě deseti metrů, neboť tekutá rtuť je při stejném objemu přibližně 14,5 krát těžší než voda. Výše již vodní sloupec nevystoupá, protože jeho váha vyrovná atmosférický tlak na hladinu, z níž je čerpán. Teoreticky tak byla stanovena fyzikální hranice účinnosti tohoto typu čerpadel.

Torricelliho pokus měl další, obecnější dopad. Nad rtutí jeho trubice vznikl zcela prázdný prostor - vakuum. Něco takového považovala tehdejší věda za zhola nemožné, neboť již od dob antiky platilo tvrzení, že příroda prázdnotu nepřipustí. Tento strach z prázdna horror vacui a vyplňování uprázdněného prostoru Torricelli nyní vysvětlil působením vnějšího tlaku vzduchu a současně stanovil i jeho mezní hranice.

Ani osm párů koní nepřekoná sílu atmosférického tlaku

Všichni vlastně žijeme na dně vzduchového moře. Jeho masy působí na povrch Země silou, která představuje asi jeden kilogram na každý čtvereční centimetr. Tuto jednotku tlaku nazýváme jeden bar. Jak je možné, že tak velký tlak nás nesráží k zemi? Je to proto, že tlak vzduchu nepůsobí pouze jedním směrem jako například činka zvednutá nad hlavu, ale je rovnoměrně rozložen do všech stran. Lidské tělo také není prázdnou nádobou, ale i uvnitř něho působí síly, které vytvářejí protiváhu vnějšímu tlaku.

Nejpůsobivěji předvedl sílu atmosférického tlaku v roce 1654 magdeburský experimentátor Otto von Guericke. Přiložil k sobě dvě měděné polokoule o průměru 42 centimetry a zdokonalenou vývěvou z nich přes uzavírací ventil vyčerpal vzduch. Vnější tlak vzduchu nyní tlačil obě polokoule k sobě silou, která podle pozdějších výpočtů dosahovala velikosti 2,7 tuny. Odtrhnout od sebe je nedokázalo ani osm párů koní.

Barometry měří atmosférický tlak

Již Torricelli si povšiml skutečnosti, že tlak vzduchu kolísá v souvislosti se změnami počasí. Tak vznikl rtuťový barometr. Dnes bychom si bez izobar, tlakových výší a níží nedokázali již představit žádnou solidnější předpověď počasí. U citlivých lidí může kolísání atmosférického tlaku působit migrény a bolesti hlavy.

Ptáci a netopýři mají vlastní barometr - Vitaliho orgán ve středním uchu. Protože hmyz je aktivní především při nízkém tlaku, čekají často netopýři ve svých jeskyních na příchod tlakové níže. Potom teprve vyrazí na lov.

Krevní tlak

Lidé obdobný orgán nevlastní, přesto mnozí na změny tlaku reagují. Jako senzor u nich pravděpodobně funguje krční tepna, která reaguje na změny tlaku a předává tuto informaci dále do mozku. Ten pak může regulovat tep srdce a zabránit případnému kolapsu oběhové soustavy.

Krevní tlak se jako pojem objevuje přibližně ve stejné době, kdy se začíná mluvit o tlaku atmosférickém. V roce 1628 přišel anglický lékař William Harvey s představou, že srdce je vlastně čerpadlo udržující oběh krve v našem těle. Trvalo více než sto let, než z tohoto objevu vyvodil důsledky anglický pastor Stephen Hales, který jako první uvažoval o velikosti krevního tlaku.

První přístroj na měření tlaku v cévách spatřil světlo světa teprve v roce 1896. Jeho vynálezcem byl italský internista Scipione Riva-Rocci. Jeho přístroj měl nafukovací gumovou manžetu, z níž se naměřený tlak hadičkou přenášel z předloktí na rtuťový sloupec manometru. Dodnes se měří tlak krve v milimetrech rtuťového sloupce (mm Hg). Hodnota 140 mm Hg znamená, že tlak v cévách vyžene rtuťový sloupec do výšky 140 mm. Obvykle se však měří dvě hodnoty - při stažení srdečního svalu a při jeho uvolnění. Normální tlak mladého člověka je 120/80.

Tlak ve vodních hlubinách

Americká ponorka Columbus po vynoření z hloubky 1000 metrů. V takové hloubce působí na každý čtvereční centimetr jejího povrchu tlak tisíc kilogramů.

Jestliže se tlak vzduchu u povrchu Země obvykle pohybuje stále kolem hodnoty jednoho baru, ve vodním prostředí stoupá s rostoucí hloubkou přímo závratně. Ve čtyřiceti metrech dosahuje již hodnoty pěti barů. Balon o objemu čtyř litrů vzduchu by se v této hloubce zmenšil na pouhých 0,8 litru. Stejně tvrdě útočí tlak vody na plíce potápěčů. Světový rekord při volném potápění činí 162 metry. V takové hloubce se plíce zmenší na velikost jablka a srdce tluče jen čtyřicetkrát za minutu. Přesto může v takové hloubce organismus přežít, neboť se snižuje metabolismus a tím i spotřeba kyslíku. V takové hloubce spočívá na každém centimetru tíha 17 kilogramů. Člověk je však schopen zvládnout mnohem více. V tlakové komoře v Marseille dokázaly pokusné osoby odolávat tlaku 70 kg na čtvereční centimetr - tedy tlaku, jaký panuje v hloubce 705 metrů.

Na cestě do mořských hlubin pomáhají člověku moderní ponorky a batyskafy. Rekordní hloubky dosáhl švýcarský oceánolog Jacques Piccard - 10 912 metrů. Na stěnách dva metry velké kabiny přitom spočívala tíha odpovídající 125 tisícům osobních automobilů. Pokud by stěny povolily, tlak vody by stlačil veškerý vzduch uvnitř na velikost malého hrášku. Co by se stalo s posádkou, je snadné domyslet.

Jak to, že hlubinné ryby nemají s velkým vodním tlakem prakticky žádné problémy? Především proto, že nemají plíce naplněné vzduchem a dýchají kyslík rozpuštěný ve vodě. Jejich tělo obsahuje velké množství vody, která je prakticky nestlačitelná, a jejich vnitřní ústrojí je uzpůsobeno životu v hloubkách. Problémy by pro ně naopak nastaly při výstupu do horních vrstev oceánu. Ještě větším tlakům, až 16 000 krát vyšším, než je běžný atmosférický tlak, musí odolávat některé bakterie žijící v extrémních podmínkách u dna oceánů.

Tlak v nitru Země

Opustíme-li oceány a postoupíme dalších 300 kilometrů do hlubin Země, ocitneme se v podmínkách vhodných pro vznik diamantů. K jejich zrodu je třeba tlaku šedesát kilobarů (60 000 násobek atmosférického tlaku). Pokud se přidají další vhodné okolnosti, mohou z obyčejného uhlíku vykrystalizovat čiré a extrémně tvrdé diamanty. Pozdější vulkanická činnost je dopraví blíže k povrchu, kde je již možné je průmyslově těžit.

Tlak ve spodních vrstvách Země s hlobkou roste a podle výpočtů vědců dosahuje uprostřed zemského jádra 3,5 megabaru (3,5 milionu barů). To ještě nic není proti tlaku uvnitř Slunce. Tam při tlaku 220 miliard barů vzniká plazma o teplotě 16 milionů stupňů Celsia, jakási žhavá pec, která ohřívá okolní vesmír včetně naší planety.

Využití tlaku plynu výbušné směsi

Tlaku plynu výbušné směsi využívají již po staletí nejrůznější střelné zbraně. V románu Ze Země na Měsíc použil stejného principu Jules Verne, aby dopravil své hrdiny v obřím projektilu k načemu vesmírnému souputníku. Vědci z americké vesmírné agentury NASA se nyní po více než sto letech začali zabývat podobnou myšlenkou. Při současném způsobu dopravy nákladů na oběžnou dráhu představují náklady na jeden kilogram užitečné váhy 20 000 dolarů. Pokud by se využilo obří superdělo, bylo by možno tyto náklady snížit až na 600 dolarů za kilogram. Do vesmíru by se vyslal pouze poslední stupeň rakety s nákladem (například telekomunikačním satelitem). Celé odpalovací zařízení by mělo mít délku tří kilometrů a průměr 1,7 metru.

Další články

Rychlost je relativní pojem. Každá doba a činnost má pro tuto veličinu vlastní měřítka.
Teorie strun
Vesmír ve tvaru trychtýře
Čaj chutná i zažene žízeň.
Tyčové vysavače se vejdou i do úzkých prostor.
Účinky, kterými podporuje zdraví kustovnice čínská, která obsahuje celou řadu prospěšných látek.
Váhy
Pneumatiky využívají tlak vzduchu.
Perlivá voda
Jules Verne
Tlak páry pohání parní lokomotivy na Kubě, kde jsou dosud v provozu unikátní historické stroje.
Bod je zdánlivě nicotná záležitost. Její význam si obvykle uvědomíme až tehdy, když někde chybí.

Čína a její kultura a mytologie ve které vystupuje množství bohů a dalších bytostí, jednou z nichž je například bohyně Kuan Jin.
Vtipy Chuck Norris

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů