一只观光用的载人升空气球(气球可以看作球体,球的体积V=4/3 πR³,球的半径为4米,球内充氦气,气球能搭载物体的最大质量为125千克.(氦气的密度为P氦=0.18kg/m³,空气的密度P空=1.29kg/m³)求:
(1) 若该气球只搭载一个质量为55千克的人观光旅客,则当气球搭载此人匀速升至高空时,需要用多少牛顿的力,才能将气球拉住?
气球的体积为V=(4/3)π*4^3≈268m^3
球内氦气的重量为G1=mg=ρvg=0.18kg/m^3*268m^3*10N/kg=482.4N
气球受到的空气的浮力为F浮=ρ空气*v*g
=1.29kg/m^3*268m^3*10N/kg=3457.2N
人的重力为G2=mg=55kg*10N/kg=550N
再由下面(2)知,球壳及其配重的重量为G=1724.8N
所以,拉力F=F浮力-G1-G2-G=3457.2-482.4-550-1724.8=700N
(2) 气球的球壳和配重的质量总共为多少千克?
由前面知,气球受到的浮力为F浮=3457.2N
氦气的重量为G1=482.4N
最大载重量为G3=mg=125kg*10N/kg=1250N
所以,球壳和配重的重量为G=F浮力-G1-G3=3457.2-482.4-1250=1724.8N
所以其质量为m=G/g=1724.8N/(10N/kg)=172.48kg