Почему не строят вакуумных аэростатов или дирижаблей?
Ведь известно, что чем легче газом заполнены шар, тем больше у него подъемная сила.
Действительно, при постоянном объеме V аэростата архимедова сила Fa = ρпgV остается постоянной, а сила притяжения газа mгg = ρгgV будет тем меньше, чем меньше плотность газа. Тогда подъемная сила
Fп = ρпgV - ρгgV = (ρп-ρг) gV
будет тем больше, чем меньше плотность газа. Именно по этой причине аэростаты и дирижабли заполняют гелием или водородом. Но почему тогда не строят вакуумных аэростатов и дирижаблей, ведь у этого летающего средства подъемная сила будет наибольшей?
Причин, по которым до сих пор не реализован этот проект два.
Основная сложность, возникающая при построении вакуумного дирижабля или воздушного шара - это создание его жесткой оболочки. Сила атмосферного давления на построенный летательный аппарат достигает колоссально большое значение: например, для дирижабля с объемом 100 000м3 она превышает 100000 т! Очевидно, что сделать оболочку, которая выдержала бы эту огромную силу давления и при этом была бы совершенно непроницаемой для газа и достаточно легкой, - задача невероятно сложная. На данном этапе развития человечества такую задачу решить невозможно.
Но мир, и наука, не стоят на месте. Они неустанно развиваются. И, возможно, довольно скоро и эту проблему удастся решить. Какой выигрыш в подъемной силе дает вакуумный аэростат (дирижабль) по сравнению с таким же, но заполненным легким газом? Пусть аэростат объемом V заполнено гелием. Если пренебречь силой тяжести оболочки, то на него действует подъемная сила
Fпид = ρпgV - ρгgV = (ρп-ρг) gV
В случае вакуумного аэростата на него действует только архимедова сила, которая и является подъемной. Искать отношение подъемной силы вакуумного аэростата к подъемной силы такого же аэростата, заполненного гелием. Оно равно следующем выражения: ρп / (ρп - ρг) = 1293 / (1293-178) ≈ 1,16.
Заменив гелий вакуумом, мы выиграем только 16% в подъемной силе. Только на 16% мы увеличиваем подъемную силу, но ценой преодоления невероятных трудностей при создании оболочки. Еще меньше, только 7% выигрываем в подъемной силе при изменении вакуума водородом.
Именно с этой, второй, причины вакуумные аэростаты и дирижабли не строятся и вряд ли когда-нибудь будут строиться.