Закон Архімеда для газів

 

Закон Архімеда для газів

Парад "повітряних куль"

Повітря, як і вода, також створює виштовхувальну силу. Сила Архімеда, яка діє на тіло з боку газової оболонки Землі, може бути обчислена за формулою:

F_a = ρ_повgV,

де ρ_пов – густина повітря, V – об’єм тіла.

Величина цієї сили є малою, наприклад, до тіла людини масою 70кг величина прикладеної сили Архімеда становить лише 1Н. Але навіть такої мізерної величини було достатньо братам Монгольф’є, щоб створити більше 2-х століть тому апарат легший за повітря – літаючу «повітряну кулю».

Механізм утворення напрямленої вгору підіймальної сили повітряної кулі досить своєрідний і відрізняється від способу виникнення сили Архімеда для тіла, зануреного в рідину. 

Розглянемо «повітряну кулю», заповнену воднем. Вона обов’язково має у нижній частині відкритий у повітря отвір, через який на великій висоті може виходити зайвий газ, щоб уникнути розриву оболонки. У цьому отворі існує дифузійна межа між повітрям і газом, на якій тиски газу і атмосферного повітря є однакові.

Різниця тисків, що створює силу Архімеда у випадку кулі, виникає у верхній частині оболонки, бо за малої маси молекул тиск водню з висотою спадає помітно слабше, ніж тиск повітря.

У верхній частині оболонки тиск водню зсередини буде більшим,  ніж зовнішній тиск повітря. Ця різниця тисків і створює підіймальну силу, що може підіймати вгору оболонку і вантаж.

У задачах величину підіймальної сили слід розраховувати як різницю сили Архімеда F_a та сили тяжіння mg, що діє на водень в об’ємі кулі.

Хоча найбільшу підіймальну силу матимуть аеростати, заповнені газом найменшої густини, та для польотів людей більше використовують більш безпечні кулі, заповнені гарячим повітрям (для цього використовують спеціальний пальник).

Доцільно прочитати:

• 1. Сили
• 2. Атмосферний тиск
• 3. Вакуумний аеростат
• 4. Динаміка
• 5. Гравітація