Một quả bóng thám không có dung tích không đổi 1 200 lít. Vỏ bóng có khối lượng 1 kg. Bóng được bơm khí hydrogen ở áp suất bằng áp suất khí quyển tại mặt đất (1,013.10^5 Pa) và nhiệt độ 27 °C

a) F_n (lực nâng bóng) = F_a (Lực đẩy Archimede) – P_H (Trọng lượng khí H₂) – P_v (trọng lượng vỏ).

Từ đó suy ra: F_n = (D₀ - D_H)gV – mg (1)

Trong đó D₀ là khối lượng riêng của không khí, D_H là khối lượng riêng của khí hydrogen; m là khối lượng của vỏ bóng và V là thể tích bóng (V có độ lớn không đổi).

Mặt khác từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng pV = nRT có thể suy ra:

\({\rm{D}} = \frac{{{\rm{pM}}}}{{{\rm{RT}}}}\), trong đó M là khối lượng mol của khí. Do đó:

\({D_0} = \frac{{{p_0}{M_0}}}{{R{T_0}}}\) và \({D_H} = \frac{{{p_H}{M_H}}}{{R{T_H}}} = \frac{{{p_0}{M_H}}}{{R{T_0}}} \Rightarrow \left( {{D_0} - {D_H}} \right) = \frac{{{p_0}\left( {{M_0} - {M_H}} \right)}}{{R{T_0}}}\)

Từ (1) và (2) tính được F_n = 3,10 N.

b) Khi bóng đạt độ cao h và dừng lại thì: F_n = 0 và từ (1) suy ra: \(\left( {D_0^\prime - D_H^\prime } \right)V = m\)

Vì khối lượng khí trong bóng và thể tích bóng không đổi, do đó khối lượng riêng của khí trong bóng cũng không đổi \(D_H^\prime = {D_H}\) nên ta có:

\(\left( {D_0^\prime - {D_H}} \right)V = m \Rightarrow D_0^\prime = {D_H} + \frac{m}{V}\) (3)

Ở độ cao h khối lượng riêng của không khí là: \({\rm{D}}_0^\prime = \frac{{{\rm{p'}}{{\rm{m}}_0}}}{{{\rm{R}}{{\rm{T}}_1}}}\)

Từ (3) và 4) tính được độ lớn của p’ ≈ 7,3.10⁴ Pa.