2. Вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна. Грузоподъемность – разность между водоизмещением судна и весом самого судна.
3.а) тонет в жидкости. – (F тяж > FA)
б) находится в равновесии в любой ее точке. – (F тяж= FA)
в) всплывает на поверхность (F тяж < FA)
5. Путем сравнения массы вытесненной жидкости с массой погруженного в нее тела и путем опыта можно доказать, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом равен весу тела в воздухе.
6. Глубина погружения растет с увеличением плотности.
Решение задачи: Плавающее тело вытесняет керосин объемом 120см3. Какой объем воды будет вытеснять это тело?
Дано: g= 10Н/кг
V1 = 120см3 = 0,000120м3
ρв =1000кг/ м3
ρк =800кг/ м3
Найти: V2 = ?
Решение: FА1 = mg; FА2 = mg – условия плавания тела в керосине. Отсюда FА1 = FА2 ;
ρкgV1 = ρвgV2 → ρкV1 = ρвV2 → V2 = = = 0,000096м3= 96см3
m = ρ∙V
II.
Тысячи лет человек мечтал о полете над облаками. Но сила тяжести прочно привязывала его к земле. Впервые оторваться от нее удалось с помощью теплого воздуха. Братья Жозеф и Этьен Монгольфье во Франции летом 1783г. соорудили воздушный шар и, надув его теплым воздухом, отправили в полет. Первыми пассажирами стали баран и петух. Убедившись, что полеты безопасны, на монгольфьерах стали летать люди. Первый полет совершили французы Пилатр де Розье и д"Арланд. Монгольфьеры использовали в основном для развлекательных прогулок, как только остывал в них воздух они тот час же опускались.
Для военных и научных целей стали использовать воздушные шары, надуваемые гелием и водородом. На таком шаре совершил полет русский ученый Д.И.Менделеев для наблюдения солнечного затмения в 1887г.
Подъемную силу шара можно найти по формуле
FА = ρвозд ρgVж
Если эта подъемная сила станет больше силы тяжести, действующей на тело, то тело поднимается, оторвавшись от земли. На этом и основан принцип воздухоплавания.
Летательные аппараты, которые реализуют этот принцип называются аэростатами. Они бывают управляемыми, неуправляемыми и привязные.
Неуправляемые аэростаты свободно перемещаются по воздуху и имеют форму шара. Это воздушные шары.
Управляемые аэростаты – дирижабли, имеют двигатель и воздушные винты. Они могут перемещаться по заданному маршруту.
Привязные аэростаты при помощи троса фиксируются над данной точкой земной поверхности.
Согласно формуле FА = ρвозд ρgVж аэростат будет подниматься вверх, если плотность воздуха или газа внутри него меньше плотности воздуха за оболочкой.
Говоря о подъемной силе воздушного шара, понимают разность между архимедовой силой, действующей на шар и силой тяжести шара с газом.
Fn = FA - Fм , или
FА = (ρвозд - ρгаза) gVшара
Вывод: чем меньше плотность газа внутри шара, тем больше подъемная сила.
Значит, причиной уменьшения архимедовой силы при подъеме шара вверх является уменьшение плотности воздуха.
Лучшими газами являются водород и гелий – самые легкие газы. Для водорода подъемная сила равна6 вес водорода объемом 1м3 = 0,9Н , а вес воздуха объемом 1м3 = 13Н, отсюда 13Н - 0,9Н = 12,1Н, для гелия – 11,2Н. Сейчас в целях безопасности используют воздух, который нагревают при помощи газовых горелок.
Пусть, например, в воздух запущен шар объемом 40 м3, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна
ρ = m = ρ∙V mг = ρг∙V= 0,1890∙ 40 м3 = 7,2 кг,
а его вес равен: Рг = gmг Рг = 9,8 ∙ 7,2 кг = 71Н
Выталкивающая сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе равна весу воздуха объемом 40 м3, то есть
FА = ρвозд gV FА = 9,8 ∙ 1,3∙ 40 м3 = 520Н
Fn = FA - Fм Fn = 520Н – 71Н = 449Н, значит, этот шар может поднять груз весом 449Н. Это и есть его подъемная сила. А если, заменить гелий на водород, то этот шар сможет поднять груз весом 479Н. значит, его подъемная сила больше, чем шара, наполненного гелием.
В 30-е годы было построено несколько высотных аэростатов для исследования верхних слоев атмосферы – из называли стратостаты. Гондола стратостата делалась герметичной, чтобы люди на большой высоте не страдали от недостатка кислорода. Стратостаты достигали высоты свыше 30 км.
Аэростат летит туда – куда его гонит поток воздуха. На смену аэростатам пришли дирижабли – управляемые аэростаты, и летательные аппараты тяжелее воздуха – самолеты и вертолеты. Во время первой и второй мировой войн в армиях многих стран появились аэростаты, связанные с землей прочным тросом. Они использовались в качестве подвижных наблюдательных пунктов, для подвески радиоантенн, в качестве воздушных ограждений против самолетов противника.
Современные воздушные шары используются в спортивных целях, а дирижабли для аэрофотосъемок.
Авиаконструкторы изобрели гидросамолет-амфибию, способный взлетать с водной поверхности и успешно приводняться. Разработан и совершенствуется летательный аппарат, представляющий собой гибрид воздушного шара, самолета и вертолета.
Воздушные шары применили для зондирования атмосферы Венеры, они были доставлены туда советскими автоматическими станциями Вега-1 и Вега-2.
III. Закрепление изученного
Решение задачи
Шар-зонд объемом 20м3 наполнен водородом. Вычислите подъемную силу этого шара, если он находится на высоте 10км, где плотность атмосферы равна 0,414 кг/м3. (изменение объема шара при подъеме не учитывать)
Дано: Решение:
V = 20м3
ρ1 = 0,090кг/м3
ρ2 = 0,414кг/м3
F-?
Р1 = gm1 = ρ1 ∙Vg – вес водорода в объеме шара
Р2 = gm2 = ρ2 ∙Vg – вес воздуха в объеме шара (архимедова сила)
F = F2 - F1 , или F = (ρвозд - ρгаза) gVшара – подъемная сила шара
F = (0,414кг/м3 - 0,090кг/м3) ∙ 10Н/кг ∙ 20м3 = 64,8Н
Ответ: 64,8Н
