Почему нарушилось равновесие весов, когда из-под колокола воздушного насоса откачали воздух? Объясните наблюдаемое явление.

5. Когда из-под колокола воздушного насоса откачивают воздух, то давление воздуха внутри колокола уменьшается. Так как колокол находится на одной из чаш весов, то сила давления на эту чашу уменьшается, и весы выходят из равновесия. 6. Подъемная сила аэростата — это сила Архимеда, которая действует на шар со стороны воздуха, за вычетом веса водорода внутри шара. Для начала найдем силу Архимеда, которая действует на шар: $$F_A = \rho_{возд} \cdot g \cdot V$$ где $\rho_{возд}$ — плотность воздуха (примем за $1,29 \text{ кг/м}^3$), $g$ — ускорение свободного падения (примерно $9,8 \text{ м/с}^2$), $V$ — объем шара ($1000 \text{ м}^3$). $$F_A = 1,29 \text{ кг/м}^3 \cdot 9,8 \text{ м/с}^2 \cdot 1000 \text{ м}^3 \approx 12642 \text{ Н}$$ Далее найдем вес водорода внутри шара. Для этого нам нужна плотность водорода $\rho_{водорода}$ (примерно $0,09 \text{ кг/м}^3$). $$P_{водорода} = \rho_{водорода} \cdot g \cdot V$$ $$P_{водорода} = 0,09 \text{ кг/м}^3 \cdot 9,8 \text{ м/с}^2 \cdot 1000 \text{ м}^3 \approx 882 \text{ Н}$$ Теперь можем найти подъемную силу: $$F_{подъемная} = F_A - P_{водорода} - P_{оболочки}$$ $$F_{подъемная} = 12642 \text{ Н} - 882 \text{ Н} - 2000 \text{ Н} = 9760 \text{ Н}$$ **Ответ: 9760 Н** 7. Подъемная сила воздушного шара определяется как разность между силой Архимеда, действующей на шар, и общим весом шара (вес оболочки + вес гелия). $$F_{подъемная} = F_A - (P_{оболочки} + P_{гелия})$$ Нам дано: $F_{подъемная} = 240 \text{ Н}$ $P_{оболочки} = 240 \text{ Н}$ Значит: $$240 \text{ Н} = F_A - (240 \text{ Н} + P_{гелия})$$ Отсюда следует, что $P_{гелия} = F_A - 480 \text{ Н}$. Также сила Архимеда $F_A = \rho_{возд} \cdot g \cdot V$, а вес гелия $P_{гелия} = \rho_{гелия} \cdot g \cdot V$. Тогда: $$\rho_{возд} \cdot g \cdot V - 480 \text{ Н} = \rho_{гелия} \cdot g \cdot V$$ $$(\rho_{возд} - \rho_{гелия}) \cdot g \cdot V = 480 \text{ Н}$$ Примем плотность воздуха $\rho_{возд} = 1,29 \text{ кг/м}^3$ и плотность гелия $\rho_{гелия} = 0,18 \text{ кг/м}^3$, $g = 9,8 \text{ м/с}^2$. $$(1,29 - 0,18) \text{ кг/м}^3 \cdot 9,8 \text{ м/с}^2 \cdot V = 480 \text{ Н}$$ $$1,11 \text{ кг/м}^3 \cdot 9,8 \text{ м/с}^2 \cdot V = 480 \text{ Н}$$ $$10,878 \text{ Н/м}^3 \cdot V = 480 \text{ Н}$$ $$V = \frac{480 \text{ Н}}{10,878 \text{ Н/м}^3} \approx 44,12 \text{ м}^3$$ **Ответ: 44,12 м³** 8. В романе Ж. Верна «Наутилус» описана подводная лодка с просторными кабинетами, залами и каютой. Современные подводные лодки не обладают такими просторными помещениями, потому что в реальных условиях конструкция подводной лодки должна быть максимально прочной и компактной, чтобы выдерживать огромное давление воды на больших глубинах. Просторные помещения потребовали бы более сложной и тяжелой конструкции, что снизило бы ее эффективность, скорость и глубину погружения. Кроме того, внутреннее пространство современных подводных лодок оптимизировано для размещения оборудования, вооружения и обеспечения комфортных, но функциональных условий для экипажа, а не для роскошных апартаментов.