Чому куля-зонд, яка використовується на метеорологічних станціях, збільшує свій об єм при піднятті вище поверхні Землі

Куля-зонд, которая используется на метеорологических станциях, состоит из резинового шара, наполненного газом. При поднятии зонда в более высокие слои атмосферы, давление вокруг зонда уменьшается, в то время как давление газа внутри зонда остается почти неизменным.

Согласно закону Бойля-Мариотта, давление газа увеличивается при уменьшении его объема при постоянной температуре, и наоборот, давление газа уменьшается при увеличении его объема. В данном случае, при поднятии зонда в верхние слои атмосферы, внешнее давление уменьшается, а объем газа внутри зонда остается неизменным.

Благодаря разнице давлений, внешнего и внутреннего, газ внутри зонда расширяется, что ведет к увеличению его объема. Однако, поскольку ограниченный резиновый шар не может бесконечно растягиваться, достигает предельного предела устойчивости, зона разрывается и зонд пытается восстановить равновесие со средой атмосферы.

Таким образом, причиной разрыва кули-зонда в верхних слоях атмосферы является разность давлений между внешней и внутренней средой, что приводит к увеличению объема газа внутри зонда и превышению предельных возможностей резинового шара. Круглый шар имеет наименьшую площадь поверхности для заданного объема, поэтому он предпочитается для минимизации массы зонда и максимизации его подъемной силы, но при этом сохранении достаточной прочности для преодоления давления в ходе подъема в атмосфере. Шары, используемые в метеорологических зондах обычно изготавливают из эластомерных материалов, чтобы они были способны растягиваться и восстанавливаться после разрыва.