Рассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния – давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа есть следствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чаще всего является единственным сигналом присутствия газа.
Итак, находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует по нормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно:
,
где ΔF – сила, действующая на поверхность площадью ΔS.
Можно также говорить о давлении внутри газа или жидкости. Его можно измерить, помещая в газ или жидкость небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той же средой (рис. 1.1).
Рис. 1.1
Поскольку среда покоится, на каждую грань куба со стороны среды действует одна и та же сила ΔF. В окрестности куба давление равно ΔF/ΔS, где ΔS – площадь грани куба. Из этого следует, что внутреннее давление является одним и тем же во всех направлениях и во всем объеме независимо от формы сосуда. Этот результат называется законом Паскаля: если к некоторой части поверхности, ограничивающей газ или жидкость, приложено давление P0, то оно одинаково передается любой части этой поверхности.
Допустим, автомобиль поднимается гидравлическим домкратом, состоящим, как показано на рисунке 1.2, из двух соединенных трубкой цилиндров с поршнями. Диаметр большого цилиндра равен 1 м, а диаметр малого – 10 см. Автомобиль имеет вес F2. Найдем силу давления на поршень малого цилиндра, необходимую для подъема автомобиля.
Рис. 1.2
Поскольку оба поршня являются стенками одного и того же сосуда, то в соответствии с законом Паскаля они испытывают одинаковое давление. Пусть – давление на малый поршень, а – давление на большой поршень. Тогда, т.к. P1 = P2, имеем:
,
Отсюда F1=F2(S1/S2)=0,01F2
Таким образом, для подъема автомобиля достаточно давить на малый поршень с силой, составляющей лишь 1 % веса автомобиля.
Объяснение:
Vшара = 140 м3
ро водорода = 0,09 кг/м3
m оболочки = 88 кг
ро воздуха = 1,3 кг/м3
Fнат = Fарх - Fтяж
Fарх = g * Vшара * ро(воздуха)
Fтяж = g * m
m = m (оболочки) + m (шара)
m (шара) = Vшара * ро(водорода)
Fтяж = g * (m(оболочки) + Vшара * ро(водорода))
Fтяж = g * m(оболочки) + g * Vшара * ро(водорода)
Fнат = g * Vшара * ро(воздуха) - g * m(оболочки) - g * Vшара * ро(водорода)
Fнат = g * (Vшара * ро(воздуха) - Vшара * ро(водорода) - m(оболочки))
Fнат = g * (Vшара * ( ро(воздуха) - ро(водорода) ) - m(оболочки))
Fнат = 10 Н/кг * (140 м3 * ( 1,3 кг/м3 - 0,09 кг/м3 ) - 88 кг) = 10 Н/кг * 81,4 кг = 814 Н
ответ: Веревка натянута с силой 814 Н