Задание 54.1. Заполните пропуски в тексте.

Воздушный шар поднимается в воздух если архимедова сила FA, действующая на шар, больше, чем сила тяжести . По мере того как воздушный шар поднимается все выше и выше, действующая на него архимедова сила по модулю быстро уменьшается, также как и плотность окружающего шар воздуха. Чтобы шар продолжал подниматься вверх, необходимо уменьшить силу тяжести, действующую на него. Для этого с шара сбрасывают специально взятый балласт: масса шара становится меньше, а следовательно, уменьшается и сила тяжести. Шар будет двигаться обратно к земле, если уменьшить давление газа, что достигается благодаря уменьшению массы (а значит, и объема) газа в шаре.

Задание 54.2. Воздушный шар объёмом 45 м3 наполнили горячим воздухом плотностью 0,9 кг/м3. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. При какой максимальной массе оболочки шар может взлететь?

Дано:
Vш=45м3;
ρгв=0,9кг/м3;
ρв=1,3кг/м3.
mo − ?
Решение:
m=mо+mгв;
mо=mmгв;
m = ρV;
m = 1,3 * 45 = 58,5 кг;
mгв=0,945=40,5 кг;
mо = 58,5 − 40,5 = 18 кг.
Ответ: 18 кг.

Задание 54.3. Воздушный шар объёмом 30 м3 наполнен водородом плотностью 0,09 кг/м3. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Какова должна быть масса оболочки шара с грузом mшг, чтобы шар начал равномерно подниматься в воздух?

Дано:
Vш=30м3;
ρвод=0,09кг/м3;
ρв=1,3кг/м3.
mшг − ?
Решение:
m=ρвVш;
m = 1,3 * 30 = 39 кг;
m=mвод+mшг;
mшг=mmвод=mρводVш;
mшг=390,0930=36,3 кг.
Ответ: Масса оболочки шара с грузом должна быть менее 36,3 кг.

Задание 54.4. Воздушный шар объёмом 50 м3 наполнили горячим воздухом плотностью 0,9 кг/м3. Масса оболочки шара 12 кг. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Вычислите максимальную массу груза mг, который этот шар может поднять.

Дано:
Vш=50м3;
ρгв=0,9кг/м3;
mо = 12 кг;
ρв=1,3кг/м3.
mг − ?
Решение:
Fтяж=FA;
Fтяж=mg;
FА=gρвVш;
m=mo+mгв+mг;
m=ρвVш=1,350=65 кг;
mгв=ρгвVш=0,950 = 45 кг;
mг=mmoρгвVш;
mг=651245=8 кг.
Ответ: 8 кг.

Задание 54.5. Воздушный шар объёмом 60 м3 наполнили гелием плотностью 0,19 кг/м3. Масса оболочки шара 15 кг. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Вычислите подъёмную силу Fп этого шара и максимальную массу груза mг, который этот шар может поднять.

Дано:
Vш=60м3;
ρг=0,19кг/м3;
mо = 15 кг;
ρв=1,3кг/м3.
Fп − ?
mг − ?
Решение:
FА=gρвVш;
g ≈10 Н/кг;
FА=101,360=780 Н;
mг=ρгVш=0,1960=11,4 кг;
Pг=mгg=11,410=114 Н;
Po=mog=1510=150 Н;
Fт=Pг+Po=114+150=264 Н;
Fп=FАFт=780264=516 Н;
mг=Fпg=51610=51,6 кг.
Ответ: 516 Н; 51,6 кг.