Zadanie: Matura CKE Maj 2010 (Fizyka Rozszerzona)

Question

Zadanie 1. Balon (10 pkt)
Z powierzchni Ziemi wypuszczono balon stratosferyczny mający szczelną, nierozciągliwą powłokę wypełnioną wodorem.
Związek ciśnienia atmosferycznego z odległością od powierzchni Ziemi można opisać w przybliżeniu wzorem:
$$p = p_0 \cdot 2^{-\dfrac{h}{5}}$$
gdzie: $p_0$ – ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi,
$h$ – wysokość nad powierzchnią Ziemi wyrażona w kilometrach. Pytanie 1: Zadanie 1.1 (2 pkt)
Narysuj wektory sił działających na balon podczas wznoszenia ze stałą prędkością, oznacz i zapisz ich nazwy, uwzględniając siłę oporu. Zachowaj właściwe proporcje długości wektorów.
[odp_graficzna1] Pytanie 2: Zadanie 1.2 (1 pkt)
Ustal i zapisz nazwę przemiany, jakiej ulega wodór podczas wznoszenia się balonu.
[luka1] Pytanie 3: Zadanie 1.3 (2 pkt)
Wykaż, wykonując odpowiednie przekształcenia, że dokładną wartość ciężaru balonu na wysokości $h$ nad powierzchnią Ziemi można obliczyć ze wzoru $F = m \cdot g \cdot \dfrac{R_Z^2}{(R_Z + h)^2}$
gdzie: $R_Z$ – promień Ziemi, $g$ – wartość przyspieszenia ziemskiego na powierzchni Ziemi.
[dowod] Pytanie 4: Zadanie 1.4 (1 pkt) 
Wyjaśnij, dlaczego wartość siły wyporu maleje podczas wznoszenia balonu. Przyjmij, że wartość przyspieszenia ziemskiego podczas wznoszenia balonu praktycznie nie ulega zmianie.
[odp_otwarta1] Pytanie 5: Zadanie 1.5 (2 pkt) 
Na maksymalnej wysokości osiągniętej przez balon gęstość powietrza wynosi około $0,1\ 	ext{kg/m}^3$, a jego temperatura $-55\ ^\circ	ext{C}$. Oblicz ciśnienie powietrza na tej wysokości. W obliczeniach powietrze potraktuj jak gaz doskonały o masie molowej równej $29\ 	ext{g/mol}$.
[odp_otwarta1] Pytanie 6: Zadanie 1.6 (2 pkt)
Oblicz, na jakiej wysokości nad powierzchnią Ziemi znajduje się balon, jeżeli ciśnienie powietrza na tej wysokości jest 16 razy mniejsze od ciśnienia na powierzchni Ziemi.
[odp_otwarta1]

Instytut Maturalny · Accepted Answer

Sprawdź pełne rozwiązanie na stronie Instytutu Maturalnego. Odpowiedź 2: przemiana izochoryczna Odpowiedź 3: $F_{h} = m \cdot g \cdot \dfrac{R_{Z}^{2}}{(R_{Z} + h)^{2}}$ Odpowiedź 4: Wartość siły wyporu maleje podczas wznoszenia balonu, ponieważ maleje gęstość powietrza. Odpowiedź 5: $p \approx 6247 	ext{ Pa}$ Odpowiedź 6: $h = 20 	ext{ km}$

Zobacz również podobne zadania

Chcesz zobaczyć więcej rozwiązań z przedmiotu Fizyka Rozszerzona?