а) Яка густина повітря всередині кулі? б) Чому тепле повітря рухається вгору в більш холодному? в) Як можна пояснити

а) Плотность воздуха внутри шара определяется его массой и объемом. Для определения массы воздуха внутри кули мы можем воспользоваться формулой плотности:

\[\text{Плотность} = \frac{\text{Масса}}{\text{Объем}}\]

Мы знаем, что масса определяется весом, а вес воздуха внутри кули зависит от его объема и плотности. Предположим, что плотность воздуха на уровне земли равна \( \rho_0 \), а радиус кули равен \( r \). Помимо того, воздух на разных высотах подвержен давлению, которое убывает по мере приближения к верхней границе атмосферы.

Таким образом, плотность воздуха внутри кули будет зависеть от его радиуса и высоты над уровнем земли. Если мы обозначим высоту над уровнем земли как \( h \), то плотность воздуха внутри кули будет:

\[\rho = \rho_0 \cdot \frac{P_0}{P} \cdot \frac{T}{T_0} \cdot \frac{1}{1 + \frac{h}{H}}\]

где \( P_0 \) - атмосферное давление на уровне земли, \( P \) - атмосферное давление на высоте \( h \), \( T_0 \) - температура на уровне земли, \( T \) - температура воздуха внутри кули, а \( H \) - постоянная шкала высоты атмосферы.

б) Теплый воздух восходит в более холодную атмосферу благодаря эффекту конвекции. Конвекция - это процесс передачи тепла через движение жидкости или газа. При нагревании воздуха он расширяется и становится менее плотным, что делает его легче, чем окружающий его более холодный воздух. Когда разница в плотности становится достаточно большой, теплый воздух начинает подниматься вверх. В таком процессе более холодный воздух замещает теплый воздух, создавая цикл конвекции.

в) Обмежена висота підйому повітряної кулі через так называемій об"єм межі атмосфери, що називається тепловим дзвоном. Тепловий дзвін – це шар атмосфери, в якому температура послідовно знижується зі зростанням висоти певним чином. Одна з можливих причин обмеження висоти підйому повітряної кулі - існує межа атмосфери, де температура бустро знижується. При досягненні цієї межі, повітря в кулі просто не зможе продовжувати підніматися, оскільки буде мати недостатню силу підйому внаслідок зменшення плотності. Отже, обмежена висота підйому повітряної кулі залежить від принципу дії конвекції і температурного профілю атмосфери.