Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел

Плавание судов. Воздухоплавание

4. Вы конечно же видели, как наполненные газом, например гелием, шары поднимаются в воздух. Первые воздушные шары были изобретены в 1783 г. во Франции братьями Монгольфье. Шары наполнялись горячим воздухом. Плотность горячего воздуха меньше, чем холодного, поэтому вес горячего воздуха в воздушном шаре меньше, чем вес вытесненного им холодного воздуха. Однако плотность холодного (при 0 °С) и горячего воздуха (при 100 °С) различается всего на 27%, поэтому наполненный горячим воздухом шар не может поднять большой груз. Впоследствии предложили наполнять шар водородом, плотность которого в 14 раз меньше плотности воздуха. Такой шар мог поднять груз значительно большей массы.

5. Вес груза, который может поднять воздушный шар, называют его подъёмной силой.

Предположим, что воздушный шар, заполненный водородом, плотность которого 0,09 кг/м³, имеет объём 1500 м³, его масса равна 800 кг. На шар и содержащийся в нём водород действует сила тяжести, равная F_тяж = 800 кг • 10 м/с² + 0,09 кг/м³ • 1500 м³ • 10 м/с² = 9350 Н. Выталкивающая сила, действующая на шар, равна F_тяж = 1,3 кг/м³ • 1500 м³ • 10 м/с² = 19 500 Н. Разность между ними F = F_выт - F_тяж = 19 500 Н - 9350 Н = 10 150 Н. Это и есть подъёмная сила воздушного шара.

6. Воздушные шары, которые запускают в атмосферу называют аэростатами. Одним из видов аэростатов являются стратостаты. Это шары, которые поднимаются на большие высоты — в стратосферу. Аэростаты и стратостаты используют для исследования атмосферы. В начале XX в. были созданы управляемые воздушные аппараты — дирижабли. Они имеют удлинённую обтекаемую форму, для того чтобы уменьшить сопротивление воздуха при их движении.

Вопросы для самопроверки

1. На чём основано плавание судов?

2. Что называют осадкой судна?

3. Что такое ватерлиния?

4. Что называют грузоподъёмностью судна?

5. Как можно увеличить грузоподъёмность судна?

6. Что называют подъёмной силой аэростата?

Задание 14

1. Почему спасательные пояса часто делают из пробки?

2. При загрузке корабля, площадь дна которого 1500 м², его осадка увеличилась на 40 см. Чему равна масса груза, помещённого на корабль?

3. Можно ли погрузить на судно водоизмещением 40 000 Н груз массой 3000 кг, если масса судна 2000 кг?

4. Воздушные шары наполнены: один воздухом при температуре 100 °С, другой водородом, третий гелием так, что объём их одинаков. Подъёмная сила какого шара больше?

5. Чему равна подъёмная сила аэростата, заполненного гелием, плотность которого 0,18 кг/м³, если его объём 600 м³, а масса оболочки и корзины 200 кг? Плотность воздуха 1,3 кг/м³.

6. Почему, плавая на спине, легче держаться на воде?

Ответы к заданиям

2. 600 т.

3. Нет.

5. 6520 Н.

<<< К началу