Куб со стороной l=10 см=0,1м. Давление P=5 кПа. Объём полости V0-? Давление равно силе, делённой на площадь P=F/S. В данном случае это сила тяжести F=mg; площадь равна S=l^2; Получаем формулу для давления P=mg/l^2; масса равна плотности, умноженной на объём m=pV1, где V1 - объём меди в полом кубе. P=pV1g/l^2; отсюда находим имеющийся объём меди в этом кубе: V1=(P*l^2)/(pg); Объём полости равен разности объёма целого куба и объёма меди. V0=V-V1; V0=l^3-(P*l^2)/(pg); V0=0.001-(5000*0.01)/(8900*10); V0=(10^-3) - 5.62*10^-4; V0=4.38*10^-6 м^3; V0=438 см^3
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
Давление P=5 кПа.
Объём полости V0-?
Давление равно силе, делённой на площадь P=F/S. В данном случае это сила тяжести F=mg; площадь равна S=l^2;
Получаем формулу для давления P=mg/l^2; масса равна плотности, умноженной на объём m=pV1, где V1 - объём меди в полом кубе.
P=pV1g/l^2; отсюда находим имеющийся объём меди в этом кубе:
V1=(P*l^2)/(pg);
Объём полости равен разности объёма целого куба и объёма меди.
V0=V-V1;
V0=l^3-(P*l^2)/(pg);
V0=0.001-(5000*0.01)/(8900*10);
V0=(10^-3) - 5.62*10^-4;
V0=4.38*10^-6 м^3;
V0=438 см^3