Wypór aerostatyczny – zadania

Zad. 1 Jeden z balonów został napełniony helem, a drugi z nich o takiej samej objętości wodorem. W każdym z nich ciśnienie gazów jest równe i zbliżone do atmosferycznego. Który z n nich ma większą siłę nośną i ile razy wyższą?

Odp. Balon, który jest wypełniony wodorem, charakteryzuje się około dwukrotnie większą siłą nośną od wypełnionego helem.

Zad. 2 Balon unosi się w powietrzu. Do czego bardziej podobny jest ten proces – pływania okrętu podwodnego czy nawodnego?

Odp. Proces ten jest bardziej podobny do pływania okrętu podwodnego w pełnym zanurzeniu.

Zad. 3 Z jakiego powodu zimne powietrze np. przy oknie opada do dołu, a ciepłe np. nad kuchenką gazową unosi się do góry?

Odp. Zimne powietrze ma mniejszą gęstość od ciepłego i zgodnie z prawem Archimedesa wypierane jest do dołu.

Zad. 4 Balon o objętości 20 m3 napełniono wodorem. Oblicz masę, jaką jest on w stanie unieść w powietrze.

Odp. Balon ten może unieść około 24 kg.

Zad. 5 Balon z rozciągliwą powłoką napełniono helem. W powietrzu padły na niego promienie słoneczne w wyniku czego zaczął się unosić do góry. Gdy słońce „schowało się” za chmurami zaczął on opadać. Dlaczego tak się stało?

Odp. W wyniku oddziaływania promieni słonecznych nagrzewa się gaz, który rozciąga powłokę balonu i zwiększa jego objętość. Powoduje to wzrost wartości siły wyporu aerostatycznego.

Zad. 6 Balon wypełniony helem wzniósł się na pewną wysokość, na której przestał unosić się wyżej. W jaki sposób jego pilot kontroluje wysokość lotu?

Odp. Aby wznieść się wyżej z balonu wyrzuca się balast, czyli dodatkowe obciążenie. W celu obniżenia lotu wypuszcza się gaz z powłoki balonu.

Zad. 7 Niewielka waga została ustawiona pod pokrywą pompy próżniowej. Na jej lewym ramieniu wisi wypełniona powietrzem zamknięta szklana bańka. Jest ona równoważona przez prawe ramię, do którego podwieszony jest mosiężny odważnik. Jak zachowa się waga po wypompowaniu powietrza spod pokrywy?

Odp. Po wypompowaniu powietrza obniżeniu ulegnie lewe ramię wagi. Stanie się tak, ze względu na większy spadek siły wyporu powietrza, która działa na bańkę niż na mosiężny odważnik.

Zad. 8 Sonda meteorologiczna unoszona jest przez balon o objętości 10 m3. Jest on napełniony wodorem, a jego powłoka ma masę 0,5 kg. Jak jest masa sondy?

Odp. Masa sondy wynosi 11,5 kg.

Zad. 9 Balon napełniono helem, następnie wzniósł się on w powietrze. Całkowity ciężar balonu ze wszystkimi elementami oraz pilotami wynosi 20 kN. Oblicz objętość tego balonu.

Odp. Objętość tego balonu to około 1800 m3

Zad. 10 Balon wypełniony ogrzanym powietrzem wzniósł się na pewną wysokość, na której zakończył wznoszenie. W jaki sposób pilot kontroluje wysokość lotu takiego balonu?

Odp. W przypadku balonu na ciepłe powietrze, w celu wzniesienia się wyżej ogrzewa się powietrze wewnątrz balonu specjalnym palnikiem. Do obniżenia lotu konieczne jest odczekanie, aż zmniejszy się temperatura powietrza wewnątrz balonu.