平流层中的气球吊舱为何不会爆裂

时间:2024-06-25 10:35:03

【题】有一个直径为2.4米、外壁为0.8毫米厚度的硬铝合金的热气球吊舱置于平流层中。

在飞行状态下,吊舱的内部压力不小于一个大气压,而外部空气的气压在吊舱处于22千米的高空中时约为0.07工程大气压。吊舱还受到内部压强的作用,这个压强为0.93千克/平方厘米。由此可以计算出,要将这个半球撑破只需要40吨的力就可以了。

那在这么大的压力下,吊舱为什么没有像空气泵中的儿童气球那样爆裂呢?

平流层中的气球吊舱为何不会爆裂

平流层中的气球吊舱为何不会爆裂

【解】毋庸置疑,要导致吊舱破裂需要很大的力,但是这并不能证明,上面的这个力就一定可以使吊舱破裂。我们可以具体计算一下吊舱若要破裂,每平方厘米上气囊截面受到的作用力会有多大。将球形吊舱撕裂成两半的力就等于:

0.93×π/4×2402≈42 000(千克)

如图所示,两个半球的接触面(应该考虑的是半球的投影平面,即圆圈的面积,而不是它的表面积)——圆形的表面受到这个力施加的作用。因为已知球形吊舱的厚度是0.8毫米(即0.08厘米),所以,可以求出这个圆形的表面积为

π×240×0.08≈60(平方厘米)

而1平方厘米上受力大小则为

42 000÷60=700(千克)

就算吊舱的材料是钢,同时在4 500~10 000千克/平方厘米压强下,也会破裂。而相对于原来,此时的危险是它的7~15倍。

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