Номер 4, страница 71 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-40. Воздухоплавание. Вариант № 1 - номер 4, страница 71.

Решение.

Решение

Существование предельной высоты для воздушного шара объясняется законом Архимеда и тем фактом, что плотность атмосферы уменьшается с высотой.

На воздушный шар действуют две основные вертикальные силы: направленная вниз сила тяжести $F_g$ (вес самого шара, оборудования и газа внутри) и направленная вверх выталкивающая сила Архимеда $F_A$ (вес воздуха, вытесненного шаром).

Шар поднимается до тех пор, пока выталкивающая сила больше силы тяжести: $F_A > F_g$.

Выталкивающая сила зависит от плотности окружающего воздуха $\rho_{\text{воздуха}}$ и объема шара $\text{V}$. Она рассчитывается по формуле:

$F_A = \rho_{\text{воздуха}} \cdot g \cdot V$

где $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

С увеличением высоты атмосфера становится все более разреженной, то есть плотность воздуха $\rho_{\text{воздуха}}$ уменьшается. В то же время, сила тяжести шара $F_g$ остается практически постоянной (если пренебречь массой сгоревшего топлива).

Поскольку выталкивающая сила $F_A$ прямо пропорциональна плотности воздуха, она ослабевает по мере подъема шара. В итоге шар достигает высоты, на которой плотность окружающего воздуха становится настолько малой, что выталкивающая сила уравнивается с силой тяжести:

$F_A = F_g$

На этой высоте равнодействующая сил, действующих на шар, становится равной нулю, и его подъем прекращается. Эта высота является для него предельной. Если шар по какой-либо причине поднимется еще выше, сила тяжести превысит выталкивающую силу, и он начнет опускаться.

Ответ: Существование высоты, которую воздушный шар не может преодолеть, объясняется уменьшением плотности атмосферного воздуха с высотой. Это приводит к уменьшению выталкивающей (архимедовой) силы, действующей на шар. Шар перестает подниматься, когда на определенной высоте эта сила становится равной силе тяжести шара.