وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
هرگاه جسمی در سیالی قرار گیرد به اندازه وزنی از سیال که جابجا شده به آن جسم نیرو وارد می شود ...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه هشتم

اهداف:

    بررسی بیشترین ارتفاعی که بالن می تواند بالا برود.

 

 محاسباتی در پرواز بالون

بازمی گردیم به بحث اصلی فال .... پرواز بالون :

همان طور که دیده اید و خو د نیز تجربه کرده اید، برای پرواز بالون لازم است هوای درون بالون گرم شود. هنگامی که هوا گرم می شود، رای ملکول های آن چه تفاقی می افتد؟ هوایی که گرم نشده  چگالی اش نسبت به قبل چه تغییری می کند؟

اگر وزن درون هوای بالون را این گونه محاسبه کنیم:

w’= mg=p’v’g

و وزن پلاستیک بالون را w در نظر بگیریم :

p’= چگالی هوای گرم نشده

v’= حجم بالون

و از طرفی نیروی شناوری را برای جسمی که در هوا ( به عنوان یک سیال) قرار گرفته را به این صورت ( همان طور که قبل گفتیم) در نظر بگیریم:

F=pvg

p= چگالی هوای معمولی

v= حجم هوای جابجا نشده

که آنچه مسلم است ’v=v است.

 

بنابراین می توان چنین گفت:

                               

                               p’vg + w>pvg g            بالون بالا نمی رود

                               p’vg + w=pvg g            بالون آهسته شروع به بالا رفتن کرده یا در هوا ثابت می ماند

                               p’vg + w

 

دقت کنید در روابط بالا همه پارامتر ها ثابت اند و تنها چیزی که می تواند کنترل شود  ’p است که با تغییر دما این کار انجام می شود. بگویید چگونه؟

خوب است بدانید نتیجه ی همین آزمایش شما بود که ارشمیدوس را آن گونه به وجد آورد. در واقع قانون شناوری ارشمیدوس همین است:

" هرگاه جسمی در سیالی قرار گیرد به اندازه وزنی از سیال که جابجا شده به آن جسم نیرو وارد می شود." یعنی اگر حجم سیالی که جابجا شده برابر با v باشد. این نیرو برابر می شود با :

 

                   

                    m= جرم جابه جا شده       چگالی سیال = p=m/v        حجم سیال جابه جا شده=v

                    نیروی وارد بر جسم  f=mg=pvg                                mg= وزن سیال جا به جا نشده

 

شناوری

در آزمایشی که انجام دادید تفاوت رفتار بطری خالی و بطری پر از شن چه بود؟

درست است اولی روی آب شناور می ماند و برای فرو رفتنش احتیاج داریم نیرو صرف کنیم، اما دومی خودبه خود در آب غرق می شود. چیزی که هست حجم آب جا به جا شده در دو حالت یکسان f نیروی شناوری هر دو یکسان اما وزن بطری خالی و بطری پر از شن بسیار متفاوت است. بنابراین نیروی شناوری در حالت دوم است اما نمی تواند بر وزن بطری غلبه کند، اما در حالت خالی می تواند.

 

بالون ها چقدر بالا می روند؟ جلسه هشتم

 بالون تا کجابالا می رود؟

در بحث قبل دیدیم که با گرم کردن هوای درون بالون و کاهش چگالی هوای درون آن، باعث شدیم نیروی شناوری اعمال شده از هوا بتواند آن را بالا ببرد.اما با دقت در رابطه نیروی شناوری می بینیم ( f=pvg ) که این نیرو به چگالی هوای اطراف بالون بستگی دارد.

همه ما می دانیم با بالا رفتن درجه زمین هوا رقیق تر می شود ، به عبارتی چگالی آن کمتر می شود، بنابراین نیروی شناوری ضعیف تر شده. ( f کمتر و کمتر می شود)

 

هنگامی که p آنقدر کم شود که  ! p’vg=w>pvg شود آنجاست که بالون دیگر نمی تواند بالاتر رود.

 

سئوال: می توان با گرم تر کردن هوای درون بالون ( کاهش ’p ) سمت چپ نامساوی بالا را کوچکتر کرد تا دوباره بالون بتواند بالا رود. به نظر شما این ترتیب تا کجا می توان این روال را ادامه داد؟

قبل از ادامه مطلب کمی باهم روی این سئوال بحث کنید.

 

سئوال: از کودکی یاد گرفتیم که روغن روی آب می ماند. چوب در آب فرو نمی رود چون هر دو از آب چگالی کمتری دارند. آیا می توانید ارتباطی میان آموخته های قدیمی تان با آنچه در این مباحث یادگرفتید پیدا کنید؟

 

راهنمایی: در سئوال اول به این موضوع دقت کنید که جنس بالون ها از چه می باشد؟

توجه: مطالعه این جدول می تواند برایتان جالب باشد:

 

دمای هوا

چگالی هوا

20 درجه سانتیگراد

1.20 kg/m3

99 درجه سانتیگراد

0.9486 kg/m3

120 درجه سانتیگراد

0.8978 kg/m3

 

منابع مطالعه: برای اطلاع بیشتر به آدرس الکترونیکی زیر مراجعه نمایید.

 

http://hypertextbook.com/facts/1997/CassandraEng.shtml

http://www.centennialofflight.gov/essay/Lighter_than_air/race_to_strato/LTA11.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Balloon_satellite

 

مطالب مرتبط:

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه اول

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه ‌دوم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه سوم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه چهارم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه پنجم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه ششم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه هفتم

بالون ها چقدر بالا می روند؟ - جلسه نهم

 

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تهیه: بهاره امینی - تنظیم: فاطمه گودرزی

 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین