Какой объем шар-зонда заполняют гелием перед отправкой его в верхние слои атмосферы и какую силу подъема это создает?

Суть вопроса: Объем шар-зонда и сила подъема

Пояснение:

Объем шар-зонда и сила подъема являются основополагающими концепциями в аэростатике, науке, изучающей взаимодействие тел с атмосферой. Шар-зонд, заполненный гелием, используется для проведения метеорологических исследований и других научных экспериментов в верхних слоях атмосферы.

Объем шар-зонда определяется его геометрической формой. Для сферического шар-зонда можно использовать формулу объема сферы:

V = (4/3) * π * r³,

где V - объем шар-зонда, π - число пи (приближенное значение 3.14), r - радиус шара.

Сила подъема создается благодаря принципу Архимеда. Согласно этому принципу, на тело, погруженное в жидкость или газ, действует сила, равная весу вытесненной им жидкости или газа. В случае шара-зонда, гелий, который легче воздуха, создает всплывающую силу, равную разнице между весом вытесненного им воздуха и его собственным весом. Эта сила подъема можно выразить следующей формулой:

F = V * ρ * g,

где F - сила подъема, V - объем шар-зонда, ρ - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения (приближенное значение 9.8 м/с²).

Дополнительный материал:

Задача: Определите объем шар-зонда радиусом 5 метров, заполненного гелием. Плотность воздуха составляет 1.2 кг/м³.

Решение:

Используем формулу объема сферы:

V = (4/3) * π * r³.

V = (4/3) * 3.14 * 5³.

V ≈ 523.33 м³.

Теперь, используя формулу силы подъема:

F = V * ρ * g.

F = 523.33 * 1.2 * 9.8.

F ≈ 6183.04 Н (Ньютон).

Совет:

Для лучшего понимания концепции, рекомендуется провести дополнительные исследования об аэростатике и принципе Архимеда. Также полезно понять, что плотность воздуха может изменяться в зависимости от высоты.

Дополнительное задание:

Определите силу подъема шара-зонда радиусом 8 метров, заполненного гелием, при заданной плотности воздуха 1.15 кг/м³. (Ответ округлите до ближайшего целого числа.)