Как поведут себя два полых шара одинакового размера, наполненные разными газами? Описание в тексте вопроса.

Question

Один накачан гелием до массы 4 кг. Другой смесью гелия и азота, до массы 6 кг. Оба находятся в неподвижном воздухе, вблизи земли (например, 5 метров) . Какой из шаров упадёт на землю быстре (если упадёт) и почему? Какие силы действуют на шары? Вопрос по мотивам ране заданного вопроса -

Answer 1

Оба полых шара одинакового размера, но заполненные разными газами, будут себя вести по-разному из-за разницы в плотности газов.

Начнем с описания сил, действующих на шары. Оба шара подвержены силе тяжести, направленной вниз, и равной их массе умноженной на ускорение свободного падения (около 9, 8 м/с^2) . Эта сила стремится опустить шары на землю.

Однако, дополнительные силы также влияют на движение шаров. Газ внутри шаров создает подерживающую силу, известную как сила Архимеда. Она равна весу вытесненного газа и направлена вверх, противоположно силе тяжести. Сила Архимеда определяется плотностью газа и объемом шара.

Теперь рассмотрим конкретные обстоятельства:

1. Шар, наполненный гелием: Гелий имет низкую плотность по сравнению с воздухом. Поэтому полый шар, наполненный гелием, будет испытывать существенно большую силу Архимеда, чем его собственный вес. Это делает шар легким и он будет стремиться подняться вверх. Он будет иметь положительное ускорение вверх и поднимется в воздух.

2. Шар, наполненный смесью гелия и азота: Смесь гелия и азота будет иметь боле высокую плотность, чем чистый гелий. Поэтому полый шар, наполненный такой смесью, испытывает меньшую силу Архимеда, чем его собственный вес. Даже если масса шара больше, он будет иметь отрицательное ускорение, указывающе на его падение.

Следовательно, шар, заполненный гелием, будет двигаться вверх, поднимаясь в воздух, пока плотность газа внутри него не станет равной плотности окружающего воздуха. Напротив, шар, наполненный смесью гелия и азота, будет двигаться вниз, опускаясь на землю из-за преобладающей силы тяжести.

Таким образом, шар, заполненный гелием, будет подниматься в воздух, в то время как шар, заполненный смесью гелия и азота, будет опускаться на землю.

Answer 2

Быстре упадет тот, у которого больше массы. Но заметить или измерить эту разницу не представляется возможным, т. к. масса обоих предметов несопоставима с массой самой Земли. Поэтому принято считать, что скорость падения вобще никак не зависит от массы предмета.
Но если учитывать сопротивление воздуха - тогда разница становится намного ощутиме, и вполне измеряется приборами.