ID: 00019309
Французский философ Вольтер пытался взвесить воздух. Для этого он надул воздухом бычий пузырь, взвесил его, затем выпустил воздух из пузыря и снова взвесил. Пустой и наполненный воздухом пузырь весил одинаково, из чего Вольтер сделал вывод о невесомости воздуха. В чём его ошибка?
Источник: Сборник дидактических материалов Пёрышкина
Ошибка Вольтера в том, что он забыл про выталкивающую (архимедову) силу воздуха. Мы ведь взвешиваем в воздухе, а воздух — это тоже среда, которая выталкивает погружённые в неё тела.
Когда пузырь надут, в нём появляется лишняя порция воздуха весом $P_{\text{возд}}$. Но одновременно надутый пузырь становится больше и вытесняет наружного воздуха ровно столько же по объёму. Выталкивающая сила равна весу вытесненного воздуха:
$$F_A=\rho_{\text{возд}}\,g\,V$$
и она в точности равна весу воздуха, добавленного внутрь. Эти два эффекта компенсируют друг друга, поэтому весы показывают одно и то же.
Вывод: воздух имеет вес, просто данный опыт его не обнаруживает — мешает архимедова сила. Чтобы взвесить воздух, нужно сравнивать массу баллона с сжатым воздухом и без него (когда объём не меняется).
Вольтер не учёл выталкивающую (архимедову) силу со стороны окружающего воздуха. На надутый пузырь действует выталкивающая сила, равная весу вытесненного им воздуха, а этот вес как раз равен весу воздуха внутри пузыря. Поэтому лишний вес воздуха внутри полностью компенсируется выталкиванием — весы показывают то же самое. Воздух на самом деле имеет вес, опыт лишь не позволяет его заметить таким способом.