flyman Админ. спросил 4 года назад
Я понимаю принцип Архимеда, как он относится к воде, но у меня возникают проблемы с согласованием тезиса, связанного с воздушным шаром. Если теоретически я мог бы увеличить температуру воздуха, содержащегося в фиксированном кармане / контейнере, будет ли повышенное давление, оказываемое вверх, поднимать контейнер? Принцип Архимеда будет спорить против перспективы подъема контейнера из-за того, что контейнер остается того же размера и, следовательно, вытесняет такое же количество воздуха наружу. Тем не менее, мне трудно понять, почему повышенное давление вверх на контейнер не поднимает контейнер. Ты можешь объяснить?
flyman Админ. ответил 4 года назад
В случае воздушного шара с горячим воздухом объем воздушного шара остается неизменным при нагревании воздуха. Но поскольку нагретый воздух расширяется, часть его выходит из баллона, так как он не закрыт (дно открыто). Поэтому вес воздуха внутри воздушного шара уменьшается. Горячий воздух в воздушном шаре имеет более низкую плотность, чем холодный воздух вокруг него. Поэтому воздушный шар поднимается.
Будет ли использоваться закрытый воздушный шар из нерастяжимой ткани, тогда давление в воздушном шаре повысится, но объем воздушного шара останется неизменным. Поэтому плотность воздуха внутри воздушного шара и плавучесть останутся прежними, и воздушный шар не взлетит.
flymanЯ получаю это сейчас спасибо you…it речь идет не о восходящем давлении на баллон, а о нисходящем давлении, в результате чего некоторое количество воздуха выходит и создает более низкую плотность в баллоне, которая смещается более высокой плотностью снаружи, заставляя более низкую плотность вверх. Таким образом, если бы вы могли закрыть воздушный шар и создать вакуум, вы могли бы создать подобную плавучесть воздушного шара…на самом деле, скорее всего, больше плавучести из-за отсутствия воздуха против менее плотного воздуха в обычном воздушном шаре. Если это так, то каковы уравнения, которые будут определять количество веса, которое вы могли бы поднять?
@user3736: так как давление не меняется, это изобарный нагрев идеального газа (воздух достаточно близко, чтобы считаться идеальным). Основной закон называется законом Гей-Люссака и постулирует, что объем газа увеличивается с его температурой. Если поднять температуру с 288°к до 338°К, то объем увеличится на 17,36%, или 17,36% газа выйдет из оболочки.
Если вместо этого закрыть оболочку и вместо нагрева газа удалить воздух, то становится ясно, что оболочка будет плавучей и будет зависеть от соотношения между количеством вытесненного воздуха и весом оболочки. Каковы уравнения и значения плотности воздуха, определяющие эти отношения?
@user3736, только если конверт сохраняет тот же объем при удалении воздуха. Если вы удалите воздух из закрытого воздушного шара, он просто станет меньшим воздушным шаром, не становясь плавучим.
Предполагая, что объем остается неизменным или есть фиксированный объем, какой объем может поддерживать какое количество веса, учитывая, что плотность внутри равна нулю (вакуум), а плотность снаружи-наша атмосфера на уровне моря.
flyman Админ. ответил 4 года назад
При увеличении давления в замкнутом объеме увеличение давления будет действовать на все участки поверхности. Поскольку и обращенная вверх, и обращенная вниз области одинаковы, эти давления взаимно компенсируют друг друга.
Если вы хотите уменьшить площадь на нижнем конце объема, нужно прорезать в нем отверстие. Теперь верхняя область больше по площади отверстия, и объем будет принудительно вверх силой, которая является произведением разности давлений на внешнее давление и разность площадей, которая является площадью отверстия. Такой подъем, однако, не плавучесть, а тяга ракеты. К сожалению, как только вы откроете это отверстие, газ вытечет, и разница давлений исчезнет, если вы не закачаете больше газа в объем.
Таким образом, воздушный шар ведет себя аналогично, только утечка воздуха минимальна, потому что перепад давления между внутренним и внешним воздухом минимален, но потому что экспансивная область воздушного шара работает по другому принципу «принцип Архимеда» …это правильный способ понять это?
@user3736: баллон работает как подводная лодка: он вытесняет воздух массой, равной его собственной массе. Вы можете назвать это принципом Архимеда, но нормальным выражением является плавучесть . Чтобы компенсировать массу оболочки и полезной нагрузки, газ, заполняющий баллон, должен быть менее плотным, чем воздух снаружи. Это может быть достигнуто нагревом воздуха в баллоне или использованием менее плотного газа, такого как гелий.
Вот как я думал, что это сработало, но из того, что я понимаю от других, заключается в том, что вы не получаете меньшую плотность просто нагревая воздушный шар, а вы должны использовать повышенное давление от нагрева газа, чтобы позволить газу выходить и вызывать меньшую плотность внутри, чтобы создать плавучесть.
@user3736:или вы позволяете для конверта, чтобы расширить. Да, это понимание правильное, и мое описание было небрежным, оставляя в стороне убегающую часть. Поскольку оболочка баллона с горячим воздухом открыта внизу, она всегда будет находиться в равновесии давления снаружи, а нагрев расширит воздух, так что некоторым придется бежать. Уменьшение массы воздуха внутри оболочки выходящим воздухом создает подъем, который необходим для противодействия массе оболочки и полезной нагрузки/корзины (все, что висит под баллоном).
Этот вопрос, похоже, не по теме, потому что речь идет о базовой физике и лучше обслуживается physics.SE…
Я хочу спроектировать самолет с использованием элементов плавучести, а не лифта, и я думаю о некоторых основных фундаментальных questions…so я предполагаю, что вопрос базовый, но он связан с возможным самолетом.
@user3736 это связано с самолетами, конечно, но я думаю, что храповик урод пытается сказать, что это больше связано со стеком физики, и вы, вероятно, получите лучший ответ там.
Проблема в том, что Питер дал отличный и понятный ответ, заставив меня склониться к несогласию с холдом. Данный ответ соответствует заданному вопросу и касается того, почему работает воздушный шар.