Ми наводимо приклад м’яча для пінг-понгу в мисці з водою і того, як він піднявся. Ми також прокоментували, що це була основна операція аеростата, оскільки повітря можна вважати рідиною, і тому ми можемо застосувати те саме правило. Однак питання, яке багато хто з вас поставить, полягає в тому, чому саме м’яч не продовжує йти вгору коли справа доходить до поверхні води? Ви щойно не сказали, що повітря - це рідина? Логіка говорить нам, що предмети не можуть літати, але давайте подивимось математично, чому сила тяги в повітрі, здається, не впливає.
Коли кулька знаходиться у воді, на неї діють дві сили. З одного боку вплив сили тяжіння, що штовхає його вниз, а з іншого, як ми бачили в першій статті, вертикальна сила штовхання вгору, еквівалентна вазі витісненої рідини.
Вертикальна тяга = щільність води * зміщений об'єм води * гравітація
Сила тяжіння = маса кулі для пінг-понгу * сила тяжіння
Оскільки ми знаємо, що куля для пінг-понгу буде прагнути підніматися, вертикальна сила тяги повинна бути більшою за силу тяжіння. Давайте все одно зробимо обчислення, щоб перевірити це.
Ми почнемо з штовхаюча сила. М’яч для пінг-понгу наповнений повітрям, його об’єм становить 20 см 3. Якщо перевести його в кубічні метри, ми отримаємо 0,00002 м 3. Щільність води можна вважати 1000 кг/м 3, а значення стандартної ваги 10 метрів на секунду в квадраті.
До розрахувати вагу, Доведеться додати масу пластичного матеріалу, з якого виготовлений куля для пінг-понгу, та маси повітря, що міститься в ньому. У нашому прикладі ми нехтуватимемо пластичною масою і обчислимо лише вагу повітря, що міститься в кульці. Зараз ми зіткнулися з проблемою: як обчислити вагу повітря, що потрапило всередину кулі? У першій частині цієї статті ми вже бачили, що через такі відносини
Ми можемо розрахувати масу повітря, знаючи його щільність (1,2 кг/м 3) та об’єм кулі для пінг-понгу (20 × 10 -6 м 3).
Якщо ми потягнемо калькулятор, отримаємо:
Як ти бачиш, сила, що діє вгору, набагато більша за вагу, тому куля має тенденцію підніматися. Крім того, більше, ніж хтось помітив, що насправді важливим при порівнянні двох сил є щільність двох рідин, оскільки об'єм і константа гравітації відображаються в обох термінах і можуть бути спрощені.
Однак, коли куля досягає поверхні, вона потрапляє в іншу рідину і, отже, змінює щільність витіснюваної ним рідини (раніше вона витісняла воду, а тепер повітря). Оскільки щільність повітря становить 1,2 кг/м3, розрахунки такі:
І оскільки вага кульки для пінг-понгу залишається незмінною, сила штовхання не може подолати гравітаційний ефект. З цих результатів ми можемо зробити висновок, що легші рідини (менша щільність), як правило, вищі, ніж важчі (вища щільність) за рахунок цих штовхаючих сил.
Поки що друга частина «Як літає повітряна куля?», У третій та останній частині ми побачимо, як застосувати ці поняття та вдасться підняти стратосферну кулю.