В воздухе на некоторой высоте находится дирижабль.
а) Изменяется ли действующая на дирижабль сила тяжести при увеличении высоты?
б) Изменится ли подъёмная сила дирижабля с увеличением высоты? Обоснуйте ваш ответ.
в) Может ли дирижабль подниматься сколь угодно высоко? Обоснуйте ваш ответ.
от

1 Ответ

Рассмотрим вопросы по дирижаблю по порядку:

а) Изменяется ли действующая на дирижабль сила тяжести при увеличении высоты?

Дано:
- Масса дирижабля (m)
- Ускорение свободного падения (g)

Сила тяжести (F_тяж) на дирижабль определяется как:

F_тяж = m * g

Ускорение свободного падения g уменьшается с увеличением высоты h по следующей формуле:

g(h) = g_0 * (R / (R + h))^2

где:
- g_0 – ускорение свободного падения на уровне моря (примерно 9.81 м/с²)
- R – радиус Земли (примерно 6371 км или 6.371 * 10^6 м)

С увеличением высоты h значение g(h) уменьшается, что значит, что сила тяжести на дирижабль также будет уменьшаться.

Ответ: да, действующая на дирижабль сила тяжести уменьшается при увеличении высоты.

б) Изменится ли подъёмная сила дирижабля с увеличением высоты? Обоснуйте ваш ответ.

Дано:
- Плотность воздуха (ρ) изменяется с высотой.
- Плотность воздуха на уровне моря (ρ_0) примерно равна 1.225 кг/м³.

Подъёмная сила (F_подъём) определяется по формуле:

F_подъём = V * ρ * g

где:
- V – объем дирижабля

С увеличением высоты плотность воздуха (ρ) уменьшается. Это приведет к уменьшению подъёмной силы, так как:

F_подъём(h) = V * ρ(h) * g(h)

где как уже указано, g(h) также уменьшается с увеличением высоты.

Таким образом, в общем случае, с увеличением высоты как плотность воздуха, так и ускорение свободного падения уменьшаются, что приводит к снижению подъёмной силы.

Ответ: да, подъёмная сила дирижабля уменьшается с увеличением высоты из-за снижения плотности воздуха.

в) Может ли дирижабль подниматься сколь угодно высоко? Обоснуйте ваш ответ.

Дано:
- Подъёмная сила и сила тяжести зависят от высоты.

С увеличением высоты:

1. Плотность воздуха и, соответственно, подъёмная сила уменьшаются.
2. Сила тяжести также уменьшается, но не так резко, как плотность воздуха.

В какой-то момент высоты подъёмная сила может стать меньше силы тяжести, действующей на дирижабль, что приведёт к его падению. Поэтому, хотя теоретически дирижабль может подняться на большую высоту, в практическом смысле он не сможет подняться сколь угодно высоко.

Ответ: дирижабль не может подниматься сколь угодно высоко, так как с увеличением высоты подъёмная сила уменьшается и в конечном итоге становится недостаточной для поддержания дирижабля в воздухе.
от