Як знайти підйомну силу


 

Підйомна сила літального апарату, який легший за повітря, визначається його об’ємом, а також щільністю наповнює його газу. Остання, у свою чергу, залежить від його складу і температури. Одні повітряні кулі заповнюють гарячим повітрям, а інші — легкими газами. Також слід враховувати масу самого балона.


Інструкція

  1. Теплові аеростати, інакше звані монгольф’єра, містять всередині себе повітря того ж складу, що і зовні. Від зовнішнього він відрізняється лише температурою: чим вона вища, тим менше щільність. Для атмосферного повітря при нормальних умовах (20 градусів Цельсія, 760 міліметрів ртутного стовпа) вона становить 1,2041 кг / м ³, а при 100 градусах Цельсія (типова температура повітря всередині монгольф’єра) і тому ж тиску — 0,946 кг / м ³. Знаючи обсяг оболонки (попередньо переведений в кубічні метри), обчисліть масу газу в ній в обох випадках:

    m1 = ρ1V, де m1 — маса повітря при нормальних умовах, кг, ρ1 — щільність при нормальних умовах, кг / м ³, V — об’єм кулі, м ³;
    m2 = ρ2V, де m2 — маса повітря в нагрітому стані, кг, ρ1 — щільність в нагрітому стані, кг / м ³, V — об’єм кулі, м ³;

  2. Розрахуйте підйомну силу без урахування маси оболонки. Висловіть її спочатку в кілограмах сили (кгс):

    F1 = m1-m2, де F1 — підйомна сила без урахування маси оболонки, кгс, m1 — маса повітря при нормальних умовах, кг, m2 — маса повітря в нагрітому стані, кг.

  3. З підйомної сили відніміть масу оболонки:

    F2 = F1-mоб, де F2 — підйомна сила з урахуванням маси оболонки, кгс, F1 — підйомна сила без урахування маси оболонки, кгс, mоб — маса оболонки, кг.

  4. При необхідності переведіть підйомну силу з урахуванням маси оболонки з позасистемних одиниць (кгс) в одиниці системи СІ — ньютон (Н):

    F2 [Н] = F2 [кгс] * g, де F2 [Н] — підйомна сили без обліку маси оболонки, виражена в ньютонах, F2 [кгс] — вона ж, виражена в кілограмах сили, g — прискорення вільного падіння , рівне 9,822 м / с ².

  5. У випадку, якщо куля заповнений не гарячим повітрям, а легким газом, обчислення здійснюйте так само, підставивши замість ρ2 щільність цього газу в нормальних умовах (деяким підвищенням тиску в балоні за рахунок здавлювання газу його стінками можна знехтувати). Щільність водню дорівнює 0, 0899 кг / м ³, гелію — 0,17846 кг / м ³. Незважаючи на те, що водень при тому ж обсязі здатний створити помітно велику підйомну силу, його застосування в повітряних кулях обмежено через пожежонебезпеки. Гелій застосовується значно частіше, незважаючи на істотний недолік — здатність випаровуватися через стінки оболонки.