Номер 2, 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 № 2 - номер 2, страница 71.

Решение.

Решение

На первый взгляд, идея выкачать весь газ из дирижабля и создать внутри него вакуум кажется логичной, поскольку вакуум обладает нулевой плотностью, что теоретически должно создавать максимальную подъёмную силу. Подъёмная (архимедова) сила, действующая на дирижабль, определяется весом вытесненного им воздуха и рассчитывается по формуле: $F_A = \rho_{воздуха} \cdot g \cdot V$, где $\rho_{воздуха}$ – плотность воздуха, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{V}$ – объём дирижабля.

Чтобы дирижабль взлетел, эта сила должна превышать его общий вес, который складывается из веса конструкции, оборудования, полезного груза и газа внутри оболочки ($W_{общий} = W_{конструкции} + W_{газа}$). Для вакуумного дирижабля вес газа ($W_{газа}$) был бы равен нулю, что является идеальным условием для максимизации полезной нагрузки.

Однако главная проблема такого подхода заключается в огромном давлении, которое оказывает на оболочку дирижабля окружающая атмосфера. На уровне моря атмосферное давление составляет около 101 325 Па, что эквивалентно давлению столба воды высотой около 10 метров. Это означает, что на каждый квадратный метр поверхности оболочки действует сила примерно в 10 тонн.

Если изнутри дирижабля выкачать газ, то это внешнее давление не будет уравновешено внутренним. В результате огромная внешняя сила просто раздавит, сомнёт оболочку. Чтобы противостоять такому давлению, оболочка дирижабля должна быть изготовлена из чрезвычайно прочных, жёстких и, как следствие, очень тяжёлых материалов. Масса такой сверхпрочной конструкции многократно превысит выигрыш в подъёмной силе, полученный от создания вакуума. В итоге такой дирижабль окажется слишком тяжёлым, чтобы взлететь.

Когда же дирижабль наполняют лёгким газом (например, гелием), его внутреннее давление почти полностью уравновешивает внешнее атмосферное давление. Это позволяет использовать для оболочки очень лёгкие, гибкие и нежёсткие материалы. Небольшая потеря в подъёмной силе из-за веса самого газа является приемлемой платой за возможность создания лёгкой и объёмной конструкции, способной летать и перевозить грузы.

Ответ: Нет, не лучше. Хотя вакуум и является «самым лёгким», оболочка дирижабля, из которого выкачан газ, будет немедленно раздавлена внешним атмосферным давлением. Чтобы противостоять этому давлению, потребовалась бы настолько прочная и тяжёлая конструкция, что дирижабль не смог бы взлететь. Наполнение лёгким газом позволяет уравновесить внешнее давление и использовать лёгкую оболочку, что и обеспечивает полёт.