题目内容

如图所示,为杭州西湖孤山草坪上的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=πR3),球的半径为4m,球内充氦气.气球能搭载物体的最大质量为125kg.(氦气的密度为ρ氦=0.18kg/m3,空气的密度ρ空=1.29kg/m3)求:

(1)若该气球只搭载一个质量为55kg的观光旅客,则当气球搭载此人匀速升到高空时,需要用多少牛顿的力,才能将气球拉住?

(2)气球的球壳和配重的质量总共为多少千克?

答案:
解析:

  (1)686N;(2)172.4kg

  解析:气球的最大搭载质量为125kg,现已搭载一个质量为55kg的人,还需用多大的力将气球拉住由F=G-可求得.

  气球受到的浮力是竖直向上的,氦气的质量、球壳及配重物的总质量、气球搭载物体的最大质量三者之和与浮力相互平衡.即F浮=m氦g+m壳g+m物g.

  (1)把气球能拉住的力为

  F=mg-g=(m-)g

  =(125-55)kg×9.8N/kg

  =686N.

  (2)气体的体积V=πR3=×3.14×(4m)3

  =267.9m3,

  F浮=ρ空gV=1.29kg/m3×9.8N/kg×267.9m3

  =3386.8N,

  G氦=m氦g=ρ氦gV=0.18kg/m3×9.8N/kg×267.9m3

  =472.6N,

  G大=m大g=125kg×9.8N/kg=1225N,

  G配=F浮-G氦-G大=3386.3N-472.6N-1225N

  =1689.2N,

  球壳及配重物的总质量

  m配==172.4kg.


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