§29. Повітроплавання - Максимович

• ГДЗ Фізика 7 клас Максимович

Поміркуйте і дайте відповідь

До якого моменту повітряна кулька чи повітряний ліхтарик будуть підніматися вгору?

Повітряна кулька чи повітряний ліхтарик будуть підніматися доти, поки їх середня густина (разом із газом чи нагрітим повітрям всередині) буде меншою за густину навколишнього повітря. З підняттям на висоту густина повітря зменшується, і коли вона зрівняється з густиною кульки чи ліхтарика, підйом припиниться.

Як ви вважаєте, чи мають переваги дирижаблі над літаками?

Дирижаблі мають певні переваги над літаками. Вони забезпечують високу вантажопідйомність і можуть перевозити великі об’єми вантажу, що є економічно вигідним. Дирижаблі здатні тривалий час перебувати в повітрі без посадки, не потребують злітно-посадкових смуг і можуть зависати над землею, що зручно для рятувальних операцій або доставки вантажів у важкодоступні місця. Вони також екологічніші завдяки меншому споживанню палива і нижчим викидам вуглецю. Однак їхня швидкість значно менша за літаки, а маневреність обмежена через високий аеродинамічний опір.

Де ще можна застосовувати аеростати?

Аеростати можна застосовувати для фотографування поверхні землі та моря, спостереження за скупченнями тварин, туристичних і пізнавальних подорожей, спортивних змагань, метеорологічних досліджень, проведення наукових експериментів, дослідження верхніх шарів атмосфери (стратостати), доставки вантажів у важкодоступні райони, перевезення пасажирів, рятувальних операцій та спостереження за територією.

Перевірте себе

1. Однакові кульки наповнили теплим повітрям, воднем, вуглекислим газом і гелієм. Як вони розташуються в повітрі?

Кулька з воднем підніметься найвище, оскільки густина водню найменша. Далі буде кулька з гелієм, адже його густина також менша за густину повітря, але більша за густину водню. Кулька з теплим повітрям займе наступне місце, оскільки нагріте повітря легше за холодне. Кулька з вуглекислим газом залишиться найнижче або взагалі не підніметься, бо густина вуглекислого газу більша за густину повітря.

2. Визначте підіймальну силу, яку має кулька об’ємом 2,5 дм3, заповнена воднем. Маса кульки разом з воднем 3 г.

Дано:
$V = 2,5 \, \text{дм}^3 = 2,5 \cdot 10^{-3} \, \text{м}^3$
$m = 3 \, \text{г} = 3 \cdot 10^{-3} \, \text{кг}$
$\rho_{\text{пов.}} = 1,29 \, \text{кг/м}^3$
$g = 9,8 \, \text{м/с}^2$
$F_{\text{під.}} - ?$
Розв’язання:
Обчислимо архімедову силу:
$F_A = \rho_{\text{пов.}} g V$
Підставимо значення:
$F_A = 1,29 \cdot 9,8 \cdot 2,5 \cdot 10^{-3} = 0,0316 \, \text{Н}$
Сила тяжіння:
$F_{\text{тяж.}} = m g = 3 \cdot 10^{-3} \cdot 9,8 = 0,0294 \, \text{Н}$
Підіймальна сила:
$F_{\text{під.}} = F_A - F_{\text{тяж.}} = 0,0316 - 0,0294 = 0,0022 \, \text{Н} = 2,2 \, \text{мН}$
Відповідь: Підіймальна сила кульки становить $2,2\,\text{мН}$
(Якщо g брати 10 то вийде 2.25 мН)

3. Маса аеростата (оболонки і кошика) 440 кг, об’єм кулі 1500 м3. Вантаж якої маси він підніме, якщо наповнити оболонку гелієм?

Дано:
$m_{\text{об.}} = 440 \, \text{кг}$
$V = 1500 \, \text{м}^3$
$\rho_{\text{пов.}} = 1,29 \, \text{кг/м}^3$
$\rho_{\text{гел.}} = 0,18 \, \text{кг/м}^3$
$g = 10 \, \text{м/с}^2$
$m_{\text{вантажу}} - ?$
Розв’язання:
Обчислимо архімедову силу:
$F_A = \rho_{\text{пов.}} g V$
$F_A = 1,29 \cdot 10 \cdot 1500 = 19350 \, \text{Н}$
Обчислимо силу тяжіння газу в кулі:
$F_{\text{тяж. газу}} = m_{\text{гел.}} g$
$m_{\text{гел.}} = V \cdot \rho_{\text{гел.}}$
$m_{\text{гел.}} = 1500 \cdot 0,18 = 270 \, \text{кг}$
$F_{\text{тяж. газу}} = 270 \cdot 10 = 2700 \, \text{Н}$
Обчислимо силу тяжіння оболонки і кошика:
$F_{\text{тяж. об.}} = m_{\text{об.}} g$
$F_{\text{тяж. об.}} = 440 \cdot 10 = 4400 \, \text{Н}$
Обчислимо підіймальну силу аеростата:
$F_{\text{під.}} = F_A - (F_{\text{тяж. газу}} + F_{\text{тяж. об.}})$
$F_{\text{під.}} = 19350 - (2700 + 4400) = 12250 \, \text{Н}$
Знайдемо масу вантажу:
$m_{\text{вантажу}} = \dfrac{F_{\text{під.}}}{g}$$m_{\text{вантажу}} = \dfrac{12250}{10} = 1225 \, \text{кг}$
Відповідь: Аеростат може підняти вантаж масою 1225 кг.