Номер 34, страница 110, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 12. Тепловые двигатели - номер 34, страница 110.

Условие.

34. Существуют ли ограничения высоты полёта самолёта, двигатель которого работает на смеси горючего и воздуха, и если да, то почему?

Решение.

Да, такие ограничения существуют. Они являются фундаментальными для любого самолёта, двигатель которого использует атмосферный воздух в качестве окислителя для сжигания топлива (например, поршневые и воздушно-реактивные двигатели). Причина заключается в изменении свойств атмосферы с высотой.

С набором высоты плотность и давление воздуха значительно уменьшаются. Это вызывает два ключевых эффекта, которые ограничивают максимальную высоту полёта.

Во-первых, снижается тяга двигателя. Для сгорания топлива необходим кислород, который двигатель забирает из атмосферы. В разреженном воздухе на большой высоте за единицу времени в двигатель поступает меньшая масса кислорода. Это приводит к падению мощности двигателя и, соответственно, к уменьшению создаваемой им тяги.

Во-вторых, уменьшается подъёмная сила крыла. Подъёмная сила, которая удерживает самолёт в воздухе, прямо пропорциональна плотности воздуха. Это описывается формулой подъёмной силы: $L = \frac{1}{2} C_L \rho v^2 S$, где $\text{L}$ — подъёмная сила, $\rho$ — плотность воздуха, $\text{v}$ — скорость самолёта, а $C_L$ и $\text{S}$ — коэффициент подъёмной силы и площадь крыла. Чтобы компенсировать низкую плотность воздуха ($\rho$) на высоте и сохранить достаточную подъёмную силу, самолёт должен лететь с большей скоростью ($\text{v}$).

Таким образом, на определённой высоте, называемой «потолком», возникает ситуация, когда падающей тяги двигателя уже не хватает для того, чтобы поддерживать скорость, необходимую для создания достаточной подъёмной силы в сильно разреженном воздухе. В этот момент самолёт достигает своей максимальной высоты и не может подняться выше.

Ответ: Да, существуют. Ограничения высоты полёта обусловлены тем, что с увеличением высоты атмосфера становится всё более разреженной. Это приводит к двум последствиям: 1) двигателю не хватает кислорода для эффективного сжигания топлива, из-за чего падает его тяга; 2) крыльям не хватает плотности воздуха для создания достаточной подъёмной силы. Наступает высота («потолок»), на которой тяги двигателя становится недостаточно для поддержания полёта.