Вопрос задан 12.10.2026 в 15:35. Предмет Физика. Спрашивает Щегуренкова Александра.

 Воздушный шар объемом 2500 м3 с массой оболочки 400 кг имеет внизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой. Рассчитайте максимальную массу груза, который может поднять шар, если воздух в нем нагреть до температуры 77°С. Температура окружающего воздуха 7°С, его плотность 1,2 кг/м3. Оболочку шара считать нерастяжимой. горелкой. 
Нужно точное и последовательное решение желательно с объяснением,а то не улавливаю последовательность.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Пичугина Екатерина.

Дано:

  • Объём шара: V=2500 м3V = 2500 \text{ м}^3
  • Масса оболочки: mоб=400 кгm_{\text{об}} = 400 \text{ кг}
  • Температура воздуха внутри шара: t1=77∘Ct_1 = 77^\circ C
  • Температура окружающего воздуха: t2=7∘Ct_2 = 7^\circ C
  • Плотность наружного воздуха: ρ2=1,2 кг/м3\rho_2 = 1{,}2 \text{ кг/м}^3

Найти: максимальную массу груза mгрm_{\text{гр}}.

1. Какая сила поднимает воздушный шар?

На шар действует сила Архимеда — вес вытесненного наружного воздуха:

FA=ρ2VgF_A=\rho_2 Vg

Но сам шар тоже имеет вес: это вес оболочки, горячего воздуха внутри и груза.

Для того чтобы шар поднялся, сила Архимеда должна быть равна общему весу:

ρ2Vg=(mоб+mвозд+mгр)g\rho_2 Vg=(m_{\text{об}}+m_{\text{возд}}+m_{\text{гр}})g

Сокращаем gg:

ρ2V=mоб+mвозд+mгр\rho_2V=m_{\text{об}}+m_{\text{возд}}+m_{\text{гр}}

Отсюда:

mгр=ρ2V−mвозд−mобm_{\text{гр}}=\rho_2V-m_{\text{возд}}-m_{\text{об}}

То есть нужно узнать массу горячего воздуха внутри шара.


2. Находим плотность нагретого воздуха внутри шара

При нагревании воздух расширяется, поэтому его плотность уменьшается. Давление внутри шара практически равно атмосферному, поэтому используем зависимость:

ρ1ρ2=T2T1\frac{\rho_1}{\rho_2}=\frac{T_2}{T_1}

Температуры переводим в Кельвины:

T1=77+273=350KT_1=77+273=350KT2=7+273=280KT_2=7+273=280K

Тогда плотность горячего воздуха:

ρ1=ρ2T2T1\rho_1=\rho_2\frac{T_2}{T_1}

Подставляем:

ρ1=1,2⋅280350\rho_1=1{,}2\cdot\frac{280}{350}ρ1=1,2⋅0,8\rho_1=1{,}2\cdot0{,}8ρ1=0,96 кг/м3\rho_1=0{,}96\text{ кг/м}^3

3. Находим массу горячего воздуха в шаре

Масса определяется формулой:

m=ρVm=\rho V

Поэтому:

mвозд=0,96⋅2500m_{\text{возд}}=0{,}96\cdot2500mвозд=2400 кгm_{\text{возд}}=2400\text{ кг}

4. Находим массу вытесненного наружного воздуха

Если бы шар был заполнен обычным наружным воздухом, его масса внутри была бы:

mнаруж=ρ2Vm_{\text{наруж}}=\rho_2Vmнаруж=1,2⋅2500m_{\text{наруж}}=1{,}2\cdot2500mнаруж=3000 кгm_{\text{наруж}}=3000\text{ кг}

Именно этот вес воздуха шар «поднимает».

Разница между массой вытесненного воздуха и горячего воздуха — это подъёмная сила в килограммах:

mподъём=3000−2400m_{\text{подъём}}=3000-2400mподъём=600 кгm_{\text{подъём}}=600\text{ кг}

Эти 600 кг — это вся масса, которую шар может поднять вместе с оболочкой и грузом.


5. Учитываем массу оболочки

Из подъёмной силы нужно вычесть массу оболочки:

mгр=600−400m_{\text{гр}}=600-400mгр=200 кг\boxed{m_{\text{гр}}=200\text{ кг}}

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос