Какую плотность имеет воздух, если аэростат, заполненный водородом объемом 30 куб. метров, поднялся на высоту 15

  • 25
Какую плотность имеет воздух, если аэростат, заполненный водородом объемом 30 куб. метров, поднялся на высоту 15 км и на него действует архимедова сила равная 60 Н? Варианты ответов: а) 2,2 кг/м3 б) 0,22 кг/м3 в) 1,3 кг/м3 г) 0,13 кг/м3 д) 0,2 кг/м3.
Chernaya_Meduza
40
Чтобы найти плотность воздуха, нам нужно использовать формулу Архимеда:

\[ F_{\text{А}} = \rho \cdot V \cdot g \]

где \( F_{\text{А}} \) - архимедова сила, \( \rho \) - плотность среды, \( V \) - объем среды, \( g \) - ускорение свободного падения.

В данной задаче известны следующие данные:

\( F_{\text{А}} = 60 \, \text{Н} \) (Архимедова сила)
\( V = 30 \, \text{м}^3 \) (объем аэростата)
\( g = 9,8 \, \text{м/с}^2 \) (ускорение свободного падения)
\( h = 15 \, \text{км} = 15000 \, \text{м} \) (высота полета аэростата)

Для того чтобы найти плотность воздуха, сначала нужно найти массу воздуха, которую поддерживает аэростат. Масса равна произведению плотности на объем:

\[ m = \rho_{\text{в}} \cdot V \]

Далее, чтобы найти плотность воздуха, мы используем формулу:

\[ \rho_{\text{в}} = \frac{m}{V} \]

Но нам нужна относительная плотность воздуха в сравнении с плотностью водорода, поэтому:

\[ \rho_{\text{в}} = \frac{\rho_{\text{полная}} - \rho_{\text{водорода}}}{\rho_{\text{водорода}}} \]

Теперь, чтобы найти относительную плотность воздуха, нам нужно найти плотность воздуха на уровне моря, так как плотность воздуха зависит от высоты. Плотность воздуха на уровне моря составляет около \(1,225 \, \text{кг/м}^3\).

Пользуясь этими данными, давайте найдем относительную плотность воздуха:

\[ \rho_{\text{в}} = \frac{1,225 \, \text{кг/м}^3 - 0,0899 \, \text{кг/м}^3}{0,0899 \, \text{кг/м}^3} \]

\[
\rho_{\text{в}} = \frac{1,225 \, \text{кг/м}^3}{0,0899 \, \text{кг/м}^3}
\]

\[
\rho_{\text{в}} \approx 13,62
\]

Таким образом, относительная плотность воздуха равна приблизительно \(13,62\).

Теперь можем рассчитать плотность воздуха на высоте 15 км, используя полученное значение относительной плотности:

\[ \rho_{\text{ед}} = \rho_{\text{в}} \cdot \rho_{\text{водорода}} \]

\[
\rho_{\text{ед}} = 13,62 \cdot 0,0899 \, \text{кг/м}^3
\]

\[
\rho_{\text{ед}} \approx 1,223 \, \text{кг/м}^3
\]

Ответ: \( \text{а) } 2,2 \, \text{кг/м}^3 \)