Физика. Почему горячий воздух легче холодного?

Question

Я прекрасно знаю, что при нагревании воздух расширяется и становится мене плотным, сответсвенно расширяется и его объём. Вопрос в том, почему он легче холодного? В учебнике так и написано, что теря в плотности воздух становится легче, но это же не так, ведь массу можно посчитать произведением m=pV, его масса, и сответсвенно вес останется тем же. Почему?

P. S у меня есть некоторое предположение, насчёт большей действующей на горячий воздух силы архимеда, чем сила тяжести действующая на него. Но я неуверен, да и хотелось бы услышать правильный вариант, желательно подробный.

Answer 1

горячий воздух легче холодного, потому что скорость движения молекул больше, следовательно они дальше друг от друга, следовательно плотность меньше. именно поэтому он и поднимается вверх, так же как в воде предметы с меньшей плотностью всплывают.

Answer 2

Тут не один, а два вопроса.

Первый - что делается с воздухом при нагревании? У него увеличивается объём. Масса - та же, Вы правы, но объём становится больше. Следовательно, плотность прогретого воздуха становится меньше.

Второй: будет ли слой мене плотного воздуха устремляться вверх?
Поставьте мысленный эксперимент (впрочем, если не жаль посуды, опыт можно произвести и в натуре) .

Наливаем в стакан масло. Или керосин.
Вобще, любую жидкость, лишь бы она
а) не растворялась в воде и
б) её плотность была бы заведомо меньше, чем у воды (бензин, касторка, жидкий лак, олифа, масляная краска и тд) .
А теперь поверх этого слоя лейте воду.
Вас не удивляет, что боле плотная жидкость (вода) довольно быстро устремится на дно сосуда, в то время как мене плотная жидкость непременно - пузырями, струями, каплями - всплывёт вверх и, отстоявшись, создаст ровный слой поверх воды. В полном сответствии с законом Архимеда.

То же самое происходит и со слоем прогретого мене плотного воздуха, коль скоро над ним находится боле плотный воздух холодный.

Разница лишь в том, что всплывающий теплый воздух "по дороге" слегка смешается со струями и пузырями опускающегося холодного воздуха, но это уже детали.

Answer 3

Потому что плотность считается при постоянном обьеме.
Если в лифте едет 10 человек, а потом из него вышло 5 человек. Масса людей не изменилась, но лифт стал легче.