24

Решение: Груз для прекращения снижения шара

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Молекулярная физика
ВысокаяФИПИ2F460cРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 4 шага
Условие

Воздушный шар заполнен гелием массой 100 кг. Общая масса газонепроницаемой оболочки шара и его гондолы равна 400 кг. Шар может удерживать в воздухе груз массой 225 кг. По недосмотру экипажа из оболочки вытекло 4 кг гелия. Какова минимальная масса груза, который нужно выбросить из гондолы шара, чтобы шар перестал опускаться? Считать, что оболочка шара не оказывает сопротивления изменению его объёма, воздушных течений в вертикальном направлении нет. Температура и давление гелия внутри шара и воздуха снаружи шара соответственно одинаковы.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

До утечки шар находился в состоянии равновесия с грузом массой 225 кг. Поэтому масса вытесненного воздуха, соответствующая подъёмной силе, равна общей массе шара, гелия и груза:

$$m_{\text{выт}} = 100 + 400 + 225 = 725\ \text{кг}$$
2

При одинаковых температуре и давлении плотность гелия постоянна, поэтому объём шара пропорционален массе гелия. После утечки масса гелия стала равна $96$ кг, то есть объём уменьшился в $\frac{4}{100}=0{,}04$ от первоначального объёма.

3

Подъёмная сила также уменьшилась на 4 %. В пересчёте на массу это уменьшение равно:

$$\Delta m_{\text{под}} = 0{,}04 \cdot 725 = 29\ \text{кг}$$

При утечке гелия масса шара уменьшилась только на 4 кг, а подъёмная сила уменьшилась на 29 кг. Поэтому для восстановления равновесия необходимо дополнительно уменьшить массу шара на:

$$m = 29 - 4 = 25\ \text{кг}$$
Ответ

Минимальная масса груза, которую нужно выбросить, равна 25 кг.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Учитывают только потерю 4 кг гелия и не учитывают уменьшение объёма шара.

Считают, что подъёмная сила пропорциональна массе гелия без учёта одинаковых температуры и давления.

Вычитают 4 кг из 29 кг в неправильном направлении и получают неверную массу груза.

Закрепить приёмВ теме «Молекулярная физика» ещё 217 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Молекулярная физика»: в ней 218 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.