Определить подъемную силу аэростата при наполнении различными газами

 Кейс №1

Цель: определить подъемную силу аэростата при наполнении различными газами.

Просмотр видеоролика о подъемной силе аэростата.

Тепловые аэростаты, иначе называемые монгольфьерами, содержат внутри себя воздух того же состава, что и снаружи. От наружного он отличается лишь температурой: чем она выше, тем меньше плотность. Для атмосферного воздуха при нормальных условиях (20 градусов Цельсия, 760 миллиметров ртутного столба) она составляет 1,2041 кг⁄м³, а при 100 градусах Цельсия (типичная температура воздуха внутри монгольфьера) и том же давлении - 0,946 кг⁄м³.

1.     Зная объем оболочки (предварительно переведенный в кубические метры), вычислите массу газа в ней в обоих случаях: m1=ρ1V,

a.      где m1 - масса воздуха при нормальных условиях, кг,

b.     ρ1 - плотность при нормальных условиях, кг⁄м³,

c.      V - объем шара, м³;

m2=ρ2V,

d.     где m2 - масса воздуха в нагретом состоянии, кг,

e.      ρ1 - плотность в нагретом состоянии, кг⁄м³,

f.       V - объем шара, м³;

2.     Рассчитайте подъемную силу без учета массы оболочки. Выразите ее вначале в килограммах силы (кгс): F1=m1-m2,

a.      где F1 - подъемная сила без учета массы оболочки, кгс,

b.     m1 - масса воздуха при нормальных условиях, кг,

c.      m2 - масса воздуха в нагретом состоянии, кг.

3.     Из подъемной силы вычтите массу оболочки: F2=F1-mоб,

a.      где F2 - подъемная сила с учетом массы оболочки, кгс,

b.     F1 - подъемная сила без учета массы оболочки, кгс,

c.      mоб - масса оболочки, кг.

4.     При необходимости переведите подъемную силу с учетом массы оболочки из внесистемных единиц (кгс) в единицы системы СИ - ньютоны (Н): F2[Н]=F2[кгс]*g,

a.      где F2[Н] - подъемная силы без учета массы оболочки, выраженная в ньютонах,

b.     F2[кгс] - она же, выраженная в килограммах силы,

c.      g - ускорение свободного падения, равное 9,822 м/с².

5.     В случае, если шар заполнен не горячим воздухом, а легким газом, вычисления осуществляйте так же, подставив вместо ρ2 плотность этого газа в нормальных условиях (некоторым повышением давления в баллоне за счет сдавливания газа его стенками можно пренебречь).

Подъемную силу аэростата при наполнении его не горячим воздухом, а другим газом, можно рассчитать следующим образом. Считая температуры газа-наполнителя и воздуха одинаковыми, подъёмную силу шарльера можно выразить формулой:

,

Здесь  — подъёмная сила в килограммах на 1 м³ газа-наполнителя при нормальных условиях.

 — молекулярный вес газа-наполнителя.

Газ	Химическая формула	Плотность газа, кг/м3	Молекулярный вес, г/см3	Взрывоопасность
Горячий воздух	Смесь газов	0,946		-
Водород	Н2	0,0899	2	+
Гелий	Не	0,17846	4	-

Вывод: какой газ обладает большей подъемной силой?

Краткое описание документа:

Проектная деятельность является эффективным инструментом формирования компетенций ребенка младшего школьного возраста в сфере информационно-коммуникационных технологий. Эффективной формой реализации освоения некоторых тем курса является деятельность обучающихся в программах, предназначенных для школьников, − интегрированных творческих средах, виртуальных лабораториях, интерактивных обучающих тренажёрах.