Как найти подъемную силу

Подъемная сила летательного аппарата, который легче воздуха, определяется его объемом, а также плотностью наполняющего его газа. Последняя, в свою очередь, зависит от его состава и температуры. Одни воздушные шары заполняют горячим воздухом, а другие - легкими газами. Также следует учитывать массу самого баллона.

Инструкция

1. Тепловые аэростаты, иначе называемые монгольфьерами, содержат внутри себя воздух того же состава, что и снаружи. От наружного он отличается лишь температурой: чем она выше, тем меньше плотность. Для атмосферного воздуха при нормальных условиях (20 градусов Цельсия, 760 миллиметров ртутного столба) она составляет 1,2041 кг⁄м³, а при 100 градусах Цельсия (типичная температура воздуха внутри монгольфьера) и том же давлении - 0,946 кг⁄м³. Зная объем оболочки (предварительно переведенный в кубические метры), вычислите массу газа в ней в обоих случаях:m1=ρ1V, где m1 - масса воздуха при нормальных условиях, кг, ρ1 - плотность при нормальных условиях, кг⁄м³, V - объем шара, м³;m2=ρ2V, где m2 - масса воздуха в нагретом состоянии, кг, ρ1 - плотность в нагретом состоянии, кг⁄м³, V - объем шара, м³;
2. Рассчитайте подъемную силу без учета массы оболочки. Выразите ее вначале в килограммах силы (кгс):F1=m1-m2, где F1 - подъемная сила без учета массы оболочки, кгс, m1 - масса воздуха при нормальных условиях, кг, m2 - масса воздуха в нагретом состоянии, кг.
3. Из подъемной силы вычтите массу оболочки:F2=F1-mоб, где F2 - подъемная сила с учетом массы оболочки, кгс, F1 - подъемная сила без учета массы оболочки, кгс, mоб - масса оболочки, кг.
4. При необходимости переведите подъемную силу с учетом массы оболочки из внесистемных единиц (кгс) в единицы системы СИ - ньютонах, F2[кгс] - она же, выраженная в килограммах силы, g - ускорение свободного падения, равное 9,822 м/с².
5. В случае, если шар заполнен не горячим воздухом, а легким газом, вычисления осуществляйте так же, подставив вместо ρ2 плотность этого газа в нормальных условиях (некоторым повышением давления в баллоне за счет сдавливания газа его стенками можно пренебречь). Плотность водорода равна 0, 0899 кг⁄м³, гелия - 0,17846 кг⁄м³. Несмотря на то, что водород при том же объеме способен создать заметно большую подъемную силу, его применение в воздушных шарах ограничено по причине пожароопасности. Гелий применяется значительно чаще, несмотря на существенный недостаток - способность улетучиваться через стенки оболочки.