Page 4 - Fizyka, Zrozumieć Fizykę, kart pracy, poziom rozszerzony, klasa 2

7. Hydrostatyka i wstęp do zjawisk cieplnych
7. Hydrostatyka i wstęp do zjawisk cieplnych

Przykład 1 Siły działające na unoszące się baloniki

3
W baloniku o nierozciągliwej powłoce i objętości 8 dm znajduje się 1,5 g helu. Gęstość powie-
kg
trza na zewnątrz balonika jest równa 1,2 m 3.
1.1. (0–2) Oblicz, jaką maksymalną masę może mieć powłoka balonika, aby balonik mógł
unosić się nieruchomo w powietrzu.

1.2. (0–3) Całkowita masa balonika z helem jest równa 3,1 g. Oblicz, ile co najmniej takich
baloników jest potrzebnych, aby unieść ciało o ciężarze 1 N.

1.3. (0–1) Zaznacz właściwe dokończenie zdania wybrane spo- Zwróć uwagę na właściwości
śród A–C oraz jego poprawne uzasadnienie wybrane spośród 1.–3. powłoki balonika.
Jeżeli ogrzejemy hel w baloniku, to liczba baloników potrzebna do
uniesienia danego ciała:

A. zmaleje, 1. nie zmieni się objętość balonika.
B. nie zmieni się, ponieważ 2. wzrośnie ciśnienie helu w baloniku.
C. wzrośnie, 3. zmaleje gęstość helu w baloniku.

Rozwiązanie:
F wyporu
1.1. Uporządkujmy wielkości podane w treści zadania i wyraźmy
je w odpowiednich jednostkach.
Dane: Szukane:
kg
d = , 12 m 3 m = ?
b
p
3
V = 8 dm = 0,008 m 3
m = 1,5 g = 0,0015 kg F ciężkości
He
"
Na balonik działa siła ciężkości Q, zwrócona w dół, i siła wyporu W treści zadania nie ma mowy
"
powietrza (F ), zwrócona do góry. o oporach ośrodka, czyli
w
możemy je pominąć.
Zgodnie z I zasadą dynamiki balonik będzie unosił się nieruchomo
w powietrzu, gdy obie te siły będą się równoważyć (Q = F ), czyli:
w
(m + m ) g = d Vg
p
b
He
Zatem maksymalna masa powłoki balonika jest opisana zależnością:
m = d V - m He
b
p
Podstawiamy do wzoru dane liczbowe:
kg
3
m = 1,2 m 3 ∙ 0,008 m - 0,0015 kg = 0,0081 kg = 8,1 g
b
Odpowiedź. Maksymalna masa powłoki balonika to m = 8,1 g.
b
Punktacja:
1 pkt za zapisanie poprawnego warunku równowagi sił
1 pkt za obliczenie maksymalnej masy powłoki balonika

4