Номер 4, страница 145 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

4. Подъемная сила воздушного шара $F = 2,5 \text{ кН}$. Что это значит?

4. Подъемная сила воздушного шара F = 2,5 кН. Что это значит?

Дано:
Подъемная сила воздушного шара $F = 2,5$ кН.

Переведем значение силы в систему СИ:
$F = 2,5 \text{ кН} = 2,5 \cdot 10^3 \text{ Н} = 2500 \text{ Н}$.

Найти:
Физический смысл подъемной силы $F$.

Решение:
На воздушный шар, находящийся в атмосфере, действуют две основные силы, направленные по вертикали:

1. Сила тяжести ($P_{общ}$), направленная вертикально вниз. Эта сила является суммой веса конструкции шара (оболочки, гондолы, горелок), газа внутри него ($P_{шара}$) и веса полезного груза ($P_{груза}$).

2. Архимедова (выталкивающая) сила ($F_A$), направленная вертикально вверх. Она равна весу воздуха, который был бы в объеме, занимаемом шаром.

Подъемная сила ($F$) в контексте воздухоплавания — это характеристика, показывающая, какой максимальный вес полезного груза может поднять шар. Она определяется как разность между архимедовой силой и силой тяжести самого шара (без груза).

Математически это выражается формулой:
$F = F_A - P_{шара}$

Заданное значение $F = 2,5$ кН означает, что выталкивающая сила, действующая на шар, превышает силу тяжести его конструкции и газа внутри на 2500 Н. Этот "излишек" силы и позволяет шару поднимать дополнительный груз.

Максимальный вес полезного груза, который шар может поднять и удерживать в равновесии, равен его подъемной силе:

$P_{груза\_макс} = F = 2500 \text{ Н}$.

Чтобы лучше представить эту величину, можно рассчитать соответствующую массу груза. Используя формулу связи веса и массы $P = mg$, где $g$ — ускорение свободного падения (примем $g \approx 9,8 \text{ м/с}^2$):

$m_{груза\_макс} = \frac{P_{груза\_макс}}{g} = \frac{2500 \text{ Н}}{9,8 \text{ м/с}^2} \approx 255 \text{ кг}$.

Ответ:
Утверждение "подъемная сила воздушного шара $F = 2,5$ кН" означает, что разность между выталкивающей (архимедовой) силой, действующей на шар, и силой тяжести самого шара (его конструкции и газа внутри) составляет 2500 Н. Эта сила направлена вертикально вверх и определяет максимальный вес полезного груза, который шар может поднять. Таким образом, шар способен поднять и удерживать в воздухе груз (например, пассажиров и оборудование) весом до 2500 Н, что соответствует массе примерно 255 кг.