ФИЗИКА

Учебник для 7 класса

§ 23.2. Воздухоплавание

Воздушные шары. Впервые воздушный шар был запущен в 1783 году братьями Монгольфье во Франции. Поэтому первые воздушные шары называли монгольфьерами (рис. 23.3).

Рис. 23.3. Каждый полет монгольфьера был ярким событием

С тех пор люди создали самолеты и даже космические корабли, однако воздушные шары широко используют и сегодня (рис. 23.4).

Рис. 23.4. Современный воздушный шар

Почему воздушные шары плавают в воздухе? Благодаря тому, что закон Архимеда справедлив не только для жидкостей, но и для газов: на тело, находящееся в газе, действует выталкивающая сила, равная весу газа в объеме тела.

Выталкивающая сила в газе возникает по той же причине, что и в жидкости: из-за того, что давление с высотой уменьшается. Вследствие этого на верхнюю поверхность воздушного шара воздух давит с меньшей силой, чем на нижнюю. Поэтому равнодействующая сил давления воздуха, действующих на все участки поверхности шара, направлена вверх — это и есть сила Архимеда.

Какую силу уравновешивает сила Архимеда, когда воздушный шар плавает в воздухе?

Почему воздушные шары такие большие? Сила Архимеда действует на все находящиеся в воздухе тела — в том числе и на вас сейчас. Почему же вы не плаваете в воздухе, а воздушный шар плавает? Чтобы найти ответ на этот вопрос, решим задачу.

Решим задачу

Каким должен быть объем воздушного шара, чтобы действующая на него сила Архимеда была равна силе тяжести, действующей на человека массой 70 кг?

Это — объем комнаты, причем довольно большой!

Итак, огромные размеры воздушных шаров объясняются малой плотностью воздуха. Она примерно в 800 раз меньше плотности воды, поэтому для возникновения одной и той же силы Архимеда вытесненный объем воздуха должен быть примерно в 800 раз больше, чем вытесненный объем воды.

Чем наполняют воздушные шары? Большого объема еще недостаточно для того, чтобы воздушный шар плавал в воздухе. Чтобы выталкивающая сила уравновешивала силу тяжести, надо, чтобы воздушный шар имел еще и достаточно малую массу, поскольку шар (вместе с корзиной и пассажирами) должен весить столько же, сколько и воздух такого же объема.

Поэтому воздушный шар надо наполнять газом, имеющим меньшую плотность, чем окружающий воздух. Первые воздушные шары — монгольфьеры наполняли горячим воздухом: его плотность меньше плотности холодного воздуха. Горячим воздухом наполняют часто воздушные шары и сегодня — его нагревают газовой горелкой, расположенной под отверстием в нижней части шара. Такие воздушные шары используют, например, в аттракционах, в научных экспедициях. Они поднимаются на сравнительно небольшую высоту (сотни метров).

На большую же высоту (десятки километров) может подняться только шар, наполненный газом, плотность которого значительно меньше плотности воздуха. Такими газами являются водород и гелий. Наполненные водородом шары-зонды диаметром 1—2 м используют для исследования верхних слоев атмосферы. Показания приборов, помещенных на этих шарах, передаются по радио — их используют, например, для предсказания погоды.