Один шарик надут воздухом, другой — водородом, третий — углекислым газом. Какие шарики не взлетят? Объясните почему.

Получай решения и ответы с помощью нашего бота

Решение

reshalka.com

ГДЗ учебник по физике 7 класс Перышкин. §54. Упражнение 29. Номер №3

Решение

$ρ_{возд}$ = 1290 кг/$м^{3}$;
$ρ_{вод}$ = 90 кг/$м^{3}$;
$ρ_{угл}$ = 1980 кг/$м^{3}$.
Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) $F_{А}$, действующая на шар, была больше силы тяжести $F_{тяж}$, т. е.$F_{А}$ >$F_{тяж}$.
Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести, и поэтому тем больше подъёмная сила.
Поэтому для увеличения подъёмной силы нужно использовать газы с малой плотностью (меньшей, чем у воздуха).
Шарик, надутый водородом, взлетит, так как плотность водорода меньше плотности воздуха.
Шарик, надутый углекислым газом, не взлетит, так как плотность углекислого газа больше плотности воздуха.
Шарик, надутый воздухом, не взлетит, так как вес оболочки шарика с учётом веса воздуха больше веса окружающего воздуха.

Теория по заданию

Для анализа, какие шарики взлетят, а какие нет, необходимо рассмотреть плотности газов, которыми заполнены шарики, и сравнить их с плотностью окружающего воздуха.

Плотность воздуха при нормальных условиях составляет примерно 1,225 кг/м³. Нужно знать плотности газов, которыми надуты шарики:

Водород (H₂): приблизительно 0,08988 кг/м³.
Углекислый газ (CO₂): приблизительно 1,977 кг/м³.
Воздух (средняя плотность): около 1,225 кг/м³.

Шарик будет подниматься, если средняя плотность газа внутри него меньше плотности окружающего воздуха. Это происходит из−за принципа Архимеда, который гласит, что на погружённое в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости (или газа).

Рассмотрим каждый из шариков:

Шарик, надутый водородом:
- Плотность водорода существенно меньше плотности воздуха.
- Выталкивающая сила, действующая на шарик, будет больше силы тяжести, действующей на него.
- Поэтому шарик, надутый водородом, будет подниматься.
Шарик, надутый углекислым газом:
- Плотность углекислого газа больше плотности воздуха.
- Выталкивающая сила, действующая на шарик, будет меньше силы тяжести, действующей на него.
- Шарик будет опускаться вниз или оставаться на месте, но не поднимется.
Шарик, надутый воздухом:
- Плотность внутри и снаружи шарика одинакова (если не учитывать, что воздух в шарике может быть немного сжат, что увеличивает его плотность).
- Выталкивающая сила и сила тяжести будут примерно равны.
- Шарик, надутый воздухом, не будет подниматься, он останется на месте.

Таким образом, для того чтобы определить, какие шарики взлетят, а какие нет, нужно сравнить плотности газов внутри шариков с плотностью воздуха. В нашем случае, шарик, надутый водородом, взлетит, а шарики, надутые воздухом и углекислым газом, не взлетят.