Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11365
2019-11-13 
Чтобы поднять какое-либо тело над земной поверхностью, необходимо совершить работу по увеличению его потенциальной энергии. Эта работа совершается в разных случаях за счет различных источников. Мотор лифта, например, черпает энергию из электросети; самолет поднимается за счет энергии, выделяющейся при окислении (сгорании) топлива в его двигателе и т. д.
Но за счет какой энергии поднимаются вверх стратостаты и метеорологические шары-зонды, не имеющие двигателей?
Решение:
Воздушный шар вытесняет некоторый объем воздуха, вес которого больше веса шара, так как для заполнения оболочки выбирается газ с плотностью меньшей, чем у воздуха. При подъеме шара на высоту $H$ его потенциальная энергия увеличивается на величину $VDgH$, где $V$ - объем шара, $D$ - его средняя плотность и $g$ - ускорение силы тяжести.
В то же время на занимаемое им место опускается с той же самой высоты воздух, потенциальная энергия которого уменьшается на величину $VD^{ \prime}gH$, где $V, g$ и $H$ имеют тот же смысл, что и в первой формуле, a $D^{ \prime}$ - плотность-воздуха.
В результате потенциальная энергия системы атмосфера - воздушный шар уменьшается на величину
$VgH(D^{ \prime} - D) > 0$.
За счет этого выигрыша в энергии и поднимается шар. Значит, здесь действует та же причина, которая заставляет всплывать в воде куски дерева, пузырьки газа и т. п.,- стремление системы перейти в состояние с минимальным значением потенциальной энергии.
При решении задачи о шаре мы принимали для простоты плотность воздуха и газа постоянными. Фактически же плотность воздуха падает с высотой. Уменьшается при подъеме шара и плотность заполняющего его газа, так как он все сильнее растягивает оболочку шара, стремясь уравнять давление внутри шара а окружающим пространством. Однако плотность газа уменьшается не беспредельно, поскольку этому мешает оболочка. Поэтому на некоторой высоте плотность воздуха сравнивается со средней плотностью шара, и дальнейший подъем прекращается.
Чтобы поднять какое-либо тело над земной поверхностью, необходимо совершить работу по увеличению его потенциальной энергии. Эта работа совершается в разных случаях за счет различных источников. Мотор лифта, например, черпает энергию из электросети; самолет поднимается за счет энергии, выделяющейся при окислении (сгорании) топлива в его двигателе и т. д.
Но за счет какой энергии поднимаются вверх стратостаты и метеорологические шары-зонды, не имеющие двигателей?
Решение:
Воздушный шар вытесняет некоторый объем воздуха, вес которого больше веса шара, так как для заполнения оболочки выбирается газ с плотностью меньшей, чем у воздуха. При подъеме шара на высоту $H$ его потенциальная энергия увеличивается на величину $VDgH$, где $V$ - объем шара, $D$ - его средняя плотность и $g$ - ускорение силы тяжести.
В то же время на занимаемое им место опускается с той же самой высоты воздух, потенциальная энергия которого уменьшается на величину $VD^{ \prime}gH$, где $V, g$ и $H$ имеют тот же смысл, что и в первой формуле, a $D^{ \prime}$ - плотность-воздуха.
В результате потенциальная энергия системы атмосфера - воздушный шар уменьшается на величину
$VgH(D^{ \prime} - D) > 0$.
За счет этого выигрыша в энергии и поднимается шар. Значит, здесь действует та же причина, которая заставляет всплывать в воде куски дерева, пузырьки газа и т. п.,- стремление системы перейти в состояние с минимальным значением потенциальной энергии.
При решении задачи о шаре мы принимали для простоты плотность воздуха и газа постоянными. Фактически же плотность воздуха падает с высотой. Уменьшается при подъеме шара и плотность заполняющего его газа, так как он все сильнее растягивает оболочку шара, стремясь уравнять давление внутри шара а окружающим пространством. Однако плотность газа уменьшается не беспредельно, поскольку этому мешает оболочка. Поэтому на некоторой высоте плотность воздуха сравнивается со средней плотностью шара, и дальнейший подъем прекращается.
