5 мл = 5 см³
Плотность соли:
ρ = m/V = 6 : 5 = 1,2 г/см³ = 1200 кг/м³
Масса 10 чайных ложек соли:
m = 10 · 6 = 60 (г)
Плотность воды:
ρ(в) = 1000 кг/м³ = 1 г/см³ = 1 кг/дм³ = 1 кг/л
Масса воды в стакане:
m(в) = ρ(в)V = 1 · 0,25 = 0,25 (кг) = 250 (г)
Масса раствора соли в воде:
m(р) = m(в) + m = 250 + 60 = 310 (г).
Предположив, что общий объем раствора соли равен сумме объемов соли и воды, получим плотность раствора:
ρ(р) = m(р) : V(р) = 310 : (250+50) =
= 310 : 300 ≈ 1,03 (г/см³) = 1030 кг/м³
пусть условия на этом уровне нормальные (P = 10^5 Па, T = 273 K)
запишем первый закон Ньютона:
Fa + mg + F = 0, где Fa - Архимедова сила, F - искомая сила натяжения
в проекции на некоторую ось, направленную в сторону Fa:
Fa - mg - F = 0
2) пусть высота подъема шара - максимальная, тогда силы, действующие на него, скомпенсированы (аналогично):
Fa - mg = 0
пусть на h(max) плотность воздуха равна p'(в) = p(в) / 2.
составим систему уравнений:
p(в) g V = F + mg
p'(в) g V = mg
вычитаем из первого уравнения второе
gV (p(в) - p'(в)) = F
F = p(в) g V / 2.
3) по уравнению Менделеева-Клапейрона (пусть воздух - идеальный газ):
P V = m R T / M
делим на объем обе части
P = p R T / M => p = P M / R T.
молярная масса воздуха M = 29*10^-3 кг/моль
F = P M g V / 2 R T
F = 10^5 * 29 * 6 / 2 * 8,31 * 273,
F = 3 834,913 H ≈ 3,8 кН