Внутренняя… — Задание Физика 8 Класс №00049295

Тяга — это поток: воздух идёт в топку, а дым уходит вверх по трубе. Его никто не сосёт насосом, значит, его что-то толкает.

Сравним два столба одинаковой высоты: столб горячего дыма в трубе и столб холодного воздуха снаружи. Горячий дым менее плотный, значит, столб дыма легче. Внизу, у входа в топку, холодный столб давит сильнее. Эта разница давлений и гонит воздух в печь, а дым наверх.

Давление столба газа считается так же, как и у столба жидкости:

$$p=\rho gh.$$

Здесь $\rho$ — плотность, $g=10\ \dfrac{\text{Н}}{\text{кг}}$, $h$ — высота столба. Значит, разница давлений равна

$$\Delta p=(\rho_{\text{возд}}-\rho_{\text{дым}})gh.$$

Прикинем числами. Возьмём для примера плотность холодного воздуха $1{,}3\ \dfrac{\text{кг}}{\text{м}^3}$, а горячего дыма $0{,}8\ \dfrac{\text{кг}}{\text{м}^3}$. Разность плотностей $1{,}3-0{,}8=0{,}5\ \dfrac{\text{кг}}{\text{м}^3}$. Для трубы высотой $5$ м получаем:

$$\Delta p=0{,}5\cdot10\cdot5=25\ \text{Па}.$$

Для трубы высотой $20$ м:

$$\Delta p=0{,}5\cdot10\cdot20=100\ \text{Па}.$$

Труба в четыре раза выше, и толкающая разница давлений в четыре раза больше. Вот почему тяга растёт с высотой.

Честная граница: это верно, пока дым не успел остыть в трубе и пока трение о стенки не слишком мешает. Бесконечно наращивать трубу нет смысла.