1. 힘을 이해하십시오
* 부력 : 풍선에 대체 된 공기가 가해지는 상향 힘.
* 풍선의 무게 : 풍선 껍질의 질량과 내부의 헬륨으로 인한 하향 힘.
* 순 힘 : 부력과 무게의 차이. 이 순 힘은 가속도를 유발합니다.
2. 부력 힘을 계산하십시오
* 공기 밀도 : 해수면에서 표준 공기 밀도는 약 1.225kg/m³라고 가정하십시오.
* 대체 공기의 양 : 풍선은 자체의 공기량 (0.0265 m³)을 대체합니다.
* 부력 힘 (F_B) =중력으로 인한 공기 밀도 × 가속도 (g)
* F_B =1.225 kg/m³ × 0.0265 m³ × 9.8 m/s²
* F_B ≈ 0.32 n
3. 풍선의 무게를 계산하십시오
* 헬륨 질량 : 우리는 헬륨의 질량을 찾아야합니다. 우리는 이상적인 가스 법칙을 사용하여 다음을 근사합니다.
* pv =nrt (여기서 P는 압력이고, v는 부피, N은 두더지이고, R은 이상적인 가스 상수, T는 온도입니다).
* 우리는 몇 가지 가정을해야합니다.
* 압력 : 대기압을 가정하십시오 (약 101,325 PA).
* 온도 : 실내 온도 (약 293K)를 가정하십시오.
* 이상적인 가스 상수 (R) : 8.314 J/(mol · K)
* 헬륨의 몰 (n)을 해결하기 위해 재 배열 :n =PV/RT
* 헬륨의 몰 질량 : 4.0026 g/mol
* 헬륨 질량 : N × 몰 질량
* 총 질량 : 헬륨 + 껍질의 질량
* 중량 (W) =중력으로 인한 질량 × 가속도 (g)
4. 순 힘을 계산하십시오
* NET FORCE (F_NET) =부력 힘 (F_B) - 무게 (W)
5. 가속도를 계산합니다
* 가속도 (a) =순 힘 (f_net) / 총 질량
계산을하자 :
1. 헬륨의 중량 :
* n =(101325 PA × 0.0265 m³) / (8.314 J / (mol · K) × 293 K) ≈ 0.011 mol
* 헬륨 질량 ≈ 0.011 mol × 4.0026 g/mol ≈ 0.044 g ≈ 0.000044 kg
2. 총 질량 : 0.000044 kg (헬륨) + 0.007 kg (쉘) ≈ 0.007044 kg
3. 무게 : 0.007044 kg × 9.8 m/s² ≈ 0.069 n
4. 순 힘 : 0.32 N (부력) -0.069 N (중량) ≈ 0.251 N
5. 가속도 : 0.251 N / 0.007044 kg ≈ 35.6 m / s²
따라서 헬륨으로 채워진 풍선의 상향 가속은 약 35.6m/s²입니다.
중요한 메모 :
*이 계산은 근사치입니다. 공기 저항, 바람 및 공기 밀도의 변화와 같은 요인으로 인해 실제 가속도는 약간 다를 수 있습니다.
* 이상적인 가스 법칙은 헬륨 질량에 대한 합리적인 추정치를 제공합니다.
* 풍선이 더 높은 고도로 올라 가면 공기 밀도가 감소하여 부력이 감소하고 가속도가 느려집니다.
