Метеорологический зонд состоит из лёгкого и жесткого шара средней плотностью кг/м3 и объёмом V = 5 м3 и полезной аппаратуры малого объёма и массы m = 1,5 кг. На какую высоту поднимется зонд? Зависимость плотности атмосферы от высоты известна и представлена на графике. Считать, что объём и плотность шара не зависят от внешних условий.
На зонд действуют две силы: сила тяжести Mg и сила архимеда со стороны воздуха Вблизи поверхности Земли сила Архимеда значительно превышает силу тяжести, за счёт чего зонд будет подниматься. По мере набора высоты плотность воздуха будет убывать, а вместе с тем и его выталкивающая сила. Зонд поднимется на высоту, на которой силы равны друг другу.
Запишем уравнение Масса зонда равна массе аппаратуры и массе шара: Подставляя и преобразуя равенство, получим
Исаользуя график, находим, что плотности атмосферы соответствует высота h = 6 км.
Ответ: Зонд поднимется на высоту 6 км.