Punem exemplul unei mingi de ping-pong într-un castron cu apă și cum a crescut. De asemenea, am comentat că aceasta a fost operația de bază a balonului, deoarece aerul poate fi considerat un fluid și, prin urmare, putem aplica aceeași regulă. Cu toate acestea, întrebarea pe care mulți dintre voi o vor pune este, de ce este mingea nu continuă să urce când vine vorba de suprafața apei? Nu ai spus doar că aerul este un fluid? Logica ne spune că obiectele nu pot zbura, dar să vedem matematic de ce forța de împingere în aer pare să nu aibă efect.

zboară

Când bila este în apă, aceasta este supusă la două forțe. Pe de o parte, efectul gravitației care o împinge în jos și, pe de altă parte, așa cum am văzut în primul articol, o forță de împingere verticală în sus echivalentă cu greutatea fluidului deplasat.

Forța verticală = densitatea apei * volumul de apă deplasat * gravitația
Forța gravitației = masa greutății mingii de ping-pong *

Deoarece știm că mingea de ping-pong va tinde să crească, forța de împingere verticală trebuie să fie mai mare decât forța gravitațională. Să facem calculele oricum pentru a le verifica.

Vom începe cu împingând forța. Mingea de ping-pong este umplută cu aer și volumul său este de 20 cm 3. Dacă îl convertim în metri cubi vom obține 0,00002 m 3. Densitatea apei poate fi considerată 1000 kg/m 3 și valoarea greutății standard de 10 metri pe secundă la pătrat.

La calculează greutatea, Va trebui să adăugăm masa materialului plastic din care este fabricată bila de ping-pong și cea a aerului conținut în ea. În exemplul nostru, vom neglija masa plastică și vom calcula doar greutatea aerului conținut în minge. Acum ne confruntăm cu o problemă, cum putem calcula greutatea aerului prins în interiorul mingii? Am văzut deja în prima tranșă a acestui articol că prin următoarea relație

Putem calcula masa aerului cunoscând densitatea acestuia (1,2 kg/m 3) și volumul mingii de ping-pong (20 × 10 -6 m 3).

Dacă tragem calculatorul, obținem:

După cum puteți vedea, forța care acționează în sus este mult mai mare decât greutatea, deci mingea tinde să se ridice. În plus, mai mult de unul va fi observat că ceea ce este cu adevărat important atunci când se compară cele două forțe este densitatea celor două fluide, deoarece volumul și constanta gravitației apar în ambii termeni și pot fi simplificate.

Cu toate acestea, atunci când bila ajunge la suprafață, intră într-un alt fluid și, prin urmare, schimbă densitatea fluidului pe care îl deplasează (anterior a deplasat apa și acum aerul). Deoarece densitatea aerului este de 1,2 kg/m3, calculele sunt:

Și din moment ce greutatea mingii de ping-pong rămâne aceeași, forța de împingere nu poate depăși efectul gravitațional. Din aceste rezultate putem deduce că fluidele mai ușoare (densitate mai mică) tind să fie mai mari decât cele mai grele (densitate mai mare) datorită acestor forțe de împingere.

Până acum a doua tranșă a Cum zboară un balon?, În a treia și ultima parte vom vedea cum să aplicăm aceste concepte și cum să reușim să ridicăm un balon stratosferic.