Какова подъемная сила гелиевого аэростата объемом 2×10^4 м^3 на высоте 10 км над уровнем моря, если его оболочка

Чтобы рассчитать подъемную силу гелиевого аэростата, нам понадобится знать разницу между его собственной плотностью и плотностью окружающей его атмосферы на данной высоте. Давайте пошагово рассмотрим решение этой задачи.

Шаг 1: Найдем разницу плотностей
Для начала нам понадобится информация о плотности гелия и плотности воздуха на высоте 10 км над уровнем моря. Плотность воздуха на разных высотах меняется из-за изменения давления, температуры и влажности воздуха.

Средняя плотность воздуха при нормальных условиях на уровне моря составляет примерно 1,225 кг/м^3. Эта плотность уменьшается с увеличением высоты.

Плотность гелия составляет примерно 0,1785 кг/м^3. Гелий является легким газом, что делает его подходящим для использования в аэростатах.

Теперь найдем разницу между плотностью гелия и плотностью воздуха на высоте 10 км над уровнем моря:
\[
\Delta \rho = \rho_{\text{гелия}} - \rho_{\text{воздуха}}
\]
\[
\Delta \rho = 0.1785 \, \text{кг/м}^3 - 1.225 \, \text{кг/м}^3
\]
\[
\Delta \rho \approx -1.0465 \, \text{кг/м}^3
\]

Шаг 2: Рассчитаем подъемную силу
Подъемная сила определяется разницей плотностей и объемом аэростата.
\[
F = \Delta \rho \cdot V \cdot g
\]
где \(F\) - подъемная сила, \(\Delta \rho\) - разница плотностей, \(V\) - объем аэростата, \(g\) - ускорение свободного падения (приближенно принимается равным 9.8 м/с^2).

Подставим значения в формулу:
\[
F = -1.0465 \, \text{кг/м}^3 \cdot (2 \times 10^4 \, \text{м}^3) \cdot 9.8 \, \text{м/с}^2
\]
\[
F \approx -204,000 \, \text{Н}
\]

Ответ: Подъемная сила гелиевого аэростата объемом 2×10^4 м^3 на высоте 10 км над уровнем моря, если его оболочка открыта снизу, составляет примерно -204,000 Н (Ньютон). Отрицательное значение подразумевает направление вверх.

Обратите внимание, что подъемная сила рассчитывается в предположении, что аэростат находится в равновесии, и мы не учитываем другие факторы, такие как сопротивление воздуха и изменение условий окружающей среды с высотой.