Заречина Кристина
Цель исследования: выяснить, почему улетает воздушный шарик, если он не завязан и от каких факторов зависит дальность его полета.
Предмет исследования: воздушные шарики разного размера и толщины резины.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Загадка воздушного шарика
Я очень люблю свой день рождения. Каждый год мы всей семьей украшаем наш дом к празднику. И, конечно же, важным элементом украшения являются воздушные шары. Ведь они такие красивые! Разноцветные, с красивыми рисунками и надписями. Обычно с братом мы соревнуемся в том, кто быстрее надует шарик ртом. Мы очень торопимся, каждый хочет победить, и вдруг, уже почти надутый шарик, вырывается из рук и стремительно улетает, мечась по комнате, пока совсем не сдуется. Мне всегда было интересно, почему он улетает? Ведь у него нет двигателя, нет крыльев... И от чего зависит дальность его полета?
Цель исследования: выяснить, почему улетает воздушный шарик, если он не завязан и от каких факторов зависит дальность его полета.
Предмет исследования: воздушные шарики разного размера и толщины резины.
Задачи исследования:
- Провести опыты, показывающие движение шарика.
- Выяснить, как влияет размер шарика и толщина резины на дальность полета.
- Узнать, есть ли в растительном и животном мире представители, которые двигаются, как воздушный шарик.
Гипотезы исследования:
- Допустим, шарику помогает ветер.
- Предположим, что газ в шарике легче воздуха.
- Возможно, шарику помогает выходящий из него воздух.
Методы исследования:
- Изучение литературы.
- Поиск в Интернете.
- Проведение опытов.
- Наблюдение.
- Мнение других людей.
- Сравнение и сопоставление фактов.
Немного истории...
Глядя на современные воздушные шары, многие люди думают, что эта яркая, приятная игрушка стала доступной только недавно. Некоторые, более осведомленные, считают, что воздушные шары появились где-то в середине прошлого века.
А на самом деле - нет! История шаров, наполненных воздухом, началась гораздо раньше. В прежние времена, разрисованные шары, изготовленные из кишок животных, украшали площади, где проводились жертвоприношения и гулянья знатных людей Римской Империи. После воздушные шары стали применять бродячие артисты, создавая оформление шарами для притягивания новых зрителей. Тема воздушных шаров затрагивается также в русских летописях – скоморохи, выступая для князя Владимира, употребляли шарики, изготовленные из бычьих пузырей.
Первые шары современного типа создал известный английский исследователь электричества, профессор Королевского университета Майкл Фарадей. Но создавал он их не для того, чтобы раздать детям или торговать на ярмарке. Просто он экспериментировал с водородом.
Интересен способ, которым создавал Фарадей свои воздушные шары. Он вырезал два куска каучука, накладывал их друг на друга, склеивал контуру, а посредине насыпал муку, чтобы стороны не липли друг к другу.
Идея Фарадея была подхвачена пионером резиновых игрушек Томасом Ханкоком. Он создавал свои шары в форме набора «сделай сам» состоящего из бутылки с жидкой резиной и шприца. В 1847 году в Лондоне вулканизированные шары были представлены Дж. Г. Инграмом. Уже тогда он использовал их как игрушки, которые нужно продавать детям. Собственно говоря, именно они их и можно назвать прототипом современных шаров.
Лет через 80 после этого научный мешочек для водорода превратился в популярную забаву: каучуковые шары широко использовалась в Европе во время городских праздников. За счет наполнявшего их газа они могли подниматься вверх – и это очень нравилось публике, еще не избалованной ни воздушными полетами, ни другими чудесами техники.
В 1931 году Нейлом Тайлотсоном был выпущен первый современный, латексный воздушный шарик. И с тех пор воздушные шарики наконец-то смогли измениться! До этого они могли быть только круглыми – а с приходом латекса впервые появилась возможность создавать длинные, узкие шарики.
Это новшество немедленно нашло применение: дизайнеры, оформляющие праздники, стали создавать из шаров композиции в виде собак, жирафов, самолетов, шляп. Их стали применять клоуны, изобретая необыкновенные фигуры.
Исследовательская работа .
Для начала я решила узнать мнение моих одноклассников и учеников других первых классов. Как они думают, что заставляет улетать воздушный шарик, который не завязан? С этой целью я провела анкетирование. Я предложила им три варианта ответа:
1) Шарику лететь помогает ветер.
2) Газ в шарике легче воздуха, поэтому шарик и летит.
3) Лететь шарику помогает выходящий из него воздух.
- Выяснить, что заставляет двигаться воздушный шарик.
Гипотеза 1. Допустим, ему помогает ветер.
Надуем два шарика. Один из них завяжем ниткой. Выйдем на улицу в ветреную погоду. Отпустим шарики. Они летят. Завязанный шарик летит от порывов ветра. А тот, который не завязан, летит быстрее. А потом оба падают на землю. В квартире, где нет ветра, завязанный шарик медленно падает на пол. А незавязанный - летит, хотя и медленнее, чем на улице. А потом падает.
Все-таки ветер помогает полету шарика. Но он летит и без ветра. Значит, моя гипотеза подтвердилась частично.
Гипотеза 2. Предположим, что газ в шарике легче воздуха, поэтому он летит.
Я знаю, чем теплее воздух, тем он легче, поэтому поднимается вверх воздушный шар. Может. углекислый газ тоже легче воздуха?
Проведем следующий опыт. Возьмем два одинаковых шарика. Один надуем сами углекислым газом, а другой с помощью насоса воздухом. Свяжем их ниткой и перекинем через палочку. Мы видим, что шарик, надутый углекислым газом опустился ниже. Значит, он тяжелее. В справочнике я нашла подтверждение моему выводу. Оказалось, что углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.
Эта гипотеза оказалась ложной.
Гипотеза 3. Возможно, шарик толкает воздух выходящий из него.
Когда мы надуваем шарик, то резиновая оболочка растягивается и заполняется воздухом. Когда входное отверстие освобождаем, воздух с силой вырывается наружу. Шарик при этом уменьшается. Воздух из шарика летит в одну сторону, а оболочка шарика в другую. Они отталкиваются друг от друга. Путь шарика непредсказуем. Когда весь воздух выходит из шарика, он останавливается.
Я спросила об этом у учителя физики Сергея Вячеславовича. Он сказал, что шарик улетает под действием реактивной силы. Реактивное движение возникает, когда от тела отделяется с некоторой скоростью его часть.
Значит, шарик толкает воздух, который выходит из него. Мой шарик -реактивный.
- Провести опыты, показывающие реактивное движение.
Проведем еще несколько опытов, показывающих реактивное движение шарика.
- Надуем воздушный шарик, вставим согнутую трубочку и завяжем. Прикрепляем шарик к маленькой машинке. Трубочка должна смотреть назад. Освобождаем трубочку. Воздух выходит назад. Машинка едет вперед под действием реактивной силы.
- Такой же шарик с трубочкой опускаем в миску с водой. Трубочка должна смотреть в сторону. Освобождаем трубочку. Шар начинает вращаться по воде под действием реактивной силы.
- Узнать, как влияет форма шарика и толщина резины на дальность полета.
Интересно, от каких факторов зависит дальность полета шарика?
Возьмем шарики разные по размеру и толщине резины и проведем эксперимент.
Возьмем леску и натянем ее по комнате. На леску наденем часть соломинки. Будем надувать шарики насосом одинаковым количеством воздуха (10 качков). Шарики прикрепим к соломинке скотчем и отпустим. Шарик пролетит по леске какое-то расстояние и остановится. Измерим пройденный путь.
Для наглядности заполним таблицу результатов.
Вывод : Чем толще резина и больше размер шарика, тем дальше он летит.
- Есть ли в растительном и животном мире представители, которые двигаются, как воздушный шарик.
Реактивное движение можно наблюдать в живой природе.
Реактивное движение используется многими моллюсками.
Осьминоги, кальмары и каракатицы имеют специальный мешочек. В него они набирают воду и выпускают ее сильной струей наружу. Струя эта отталкивает животное назад. Кальмар может развивать скорость до 60–70км/ч.
Морской моллюск-гребешок, резко сжимает створки раковины, рывками двигается вперед за счет реактивной струи воды, выброшенной из раковины. Скачок крупного гребешка может достигать полуметра или даже больше в длину.
Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие и выталкивает через заднее отверстие наружу. Так она движется вперед.
Медуза выталкивает из-под своего колоколообразного тела воду, получая толчок в обратном направлении.
Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. Созревшие плоды “бешеного” огурца при лёгком прикосновении отскакивают от плодоножки, и из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается жидкость с семенами; сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет "бешеный" огурец более, чем на 12 метров.
- Узнать, как ученые использовали знания о таком движении.
Одно из главнейших изобретений человечества в XX веке - это изобретение реактивного двигателя, который позволил человеку подняться в космос. Так появились ракеты, а затем реактивные самолеты. Позже и нженеры создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его назвали водометом. Такой двигатель стоит на некоторых быстроходных катерах.
Весело и полезно!
Изучая данную тему, я обнаружила информацию о том, что надувать воздушные шарики не только весело, но и полезно! Оказывается, они "дарят" здоровье нашим легким. Надувание шаров положительно влияет на наше горло (даже служит средством профилактики ангины), а также помогает укрепить наш голос. Этой помощью часто пользуются певцы, так как такая тренировка помогает им правильно дышать во время пения.
Заключение
Итак, подведем итоги... В ходе изучения данной темы, я выяснила, что, во-первых, ветер все-таки помогает лететь воздушному шарику, но, когда он не завязан, он летает и в зарытом помещении без ветра. Моя вторая гипотеза не подтвердилась, углекислый газ, который мы выдыхаем не легче, а тяжелее воздуха, поэтому не может помогать шарику улетать. Полностью подтвердилась моя третья гипотеза, что шарику лететь помогает выходящий из него воздух. Я выяснила, что в этом случае воздушный шарик двигается под действием реактивной силы. Также я провела опыты и выявила, что на дальность полета воздушного шарика влияет его размер и толщина резины, из которой он сделан.
Благодаря изучению этой темы, я узнала много нового и интересного. Я познакомилась с историей создания современного воздушного шарика и его предшественников. Я узнала, что газ, который мы выдыхаем, называется углекислым, и что он в полтора раза тяжелее, чем воздух, которым мы дышим. Я научилась сама проделывать различные интересные опыты, наблюдать, сравнивать полученные результаты и делать выводы. Меня ознакомили с реактивным движением, хотя физику я буду изучать еще не скоро. Я узнала, что в природе есть животные и растения, которые используют реактивное движение. Оказалось также, что надувать воздушные шарики не только весело, но и полезно для здоровья.
Я считаю, что данную работу можно использовать на уроках, чтобы демонстрировать в простой и красочной форме действие реактивной силы, наглядно показать, что углекислый газ тяжелее воздуха. Ведь, когда мы сами проводим различные опыты или наблюдаем за их проведением, нам легче понять принцип действия чего-либо, тем более, если эти опыты такие яркие и веселые!
Первый полет на воздушном шаре, или аэростате, был совершен в Г 731 году, п Рязани. Изобретатель - самоучка Крякутной. служивший подьячим при воеводской канцелярии, смастерил большой мешок, наполнил его горячим воздухом и взлетел на нем выше деревьев. А пятьдесят два года спустя (в 1783 году) французские изобретатели, братья Жозеф и Этьен Монгольфье построили второй в мире аэростатг поперечник его равнялся 13 метрам Так зародилось воздухоплавание.
Сначала воздушные шары наполнялись теплым воздухом. Они могли летать только до тех пор, пока воздух в шаре не остынет. В дальнейшем воздухоплавательные аппараты стали наполнять легким газом - водородом
Почему же аэростат летает? Как возникает его подъемная сила?
Зная закон Архимеда, нетрудно объяснить полет воздушного шара. На всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. В справедливости этого закона можно убедиться, наблюдая, как всплывает на поверхность пробковый шарик, опущенный под воду. Шарик выбрасывается силой, действующей снизу вверх и возникающей за счет того, что шарик весит меньше, чем вытесненная им вода. у
Наоборот, если бросить в воду камень, он потонет. Почему? Потому что вес самого камня больше, чем вес вытесненной им воды.
Закон Архимеда справедлив и для воздушной среды, где все предметы также вытесняют некоторый объем воздуха и испытывают со стороны его подъемную силу. И если какое-нибудь тело легче, чем вытесненный им объем воздуха, оно будет «всплывать» в атмосфере, Таким телом и является шар, заполненный каким-либо легким газом, например водородом.
Шары, наполненные газом, непригодны для регулярных сообщений, так как они неуправляемы, а передвигаются в атмосфере вместе с воздушными массами, то-есть по ветру В настоящее время они применяются только для научных и спортивных целей. -**
Аэростат, предназначенный для полета по ветру, называется свободным; присоединенный к одному концу стального троса, закрепленного на вращающемся барабане лебедки - привязным (змейковым), Аэростат для полетов в страто- .
сфере с герметически закрытой кабиной называется стратостатом. Аэростаты ^
малых размеров - шары-зонды и шары-пилоты - применяются в метеороло-гии для подъема самопишущих приборов и приборов, показания которых передаются с помощью коротковолновых радиопередатчиков, подвешенных к шару.
Подробно об истории и современном состоянии воздухоплавания можно про- <-ч честь в книге И. Г. Стобровского «Воздухоплавание» (Изд ДОСАРМ, 1949 г.). оХ
КАК ИЗГОТОВИТЬ ВОЗДУШНЫЙ ШАР Мч
Воздушный шар (вернее, многогранник), склеенный из папиросной бумаги и на- .
полненный теплым воздухом, летает как настоящий аэростат, только поднимается в воздух не так высоко и опускается через несколько минут.
Для изготовления такого шара вырезают из белой или цветной папиросной ~
бумаги от 12 до 24 (и более) полос веретенообразной формы и склеивают их края
Полосы вырезают по шаблону. Чтобы сделать шаблон, нужно прежде всего склеить в длинную полосу несколько листов плотной бумаги и на ней начертить выкройку Размеры выкроек для шаров разных размеров показаны на рисунке 1. Для шара диаметром в 1 метр надо взять шаблон длиною в 1572 мм, для шара диаметром в 1,5 метра - длиною 2400 мм и т. д.
Приготовленную полосу бумаги сгибают по длине вдвое (рис. 3). От линии сгиба по угольнику проводят вспомогательные линии, на расстоянии 200 мм одна от другой. На них откладывают отрезки, размеры которых указаны на выкройке. Концы отрезков соединяют одной плавной кривой линией и по ней обрезают полосу. Сложенный вдвое готовый шаблон развертывают.
Заготовки для полос склеивают из отдельных листов папиросной бумаги. Для этого листы укладывают в виде «лестнички» (рис 2) и промазывают клеем все ее «ступеньки». При склеивании намазанная клеем кромка одного листа должна соприкасаться с ненамазанной кромкой другого.
Если есть бумага двух цветов, например белая и красная, то шар можно сделать полосатым или клетчатым. В первом случае нужно сделать одинаковое количество полос из бумаги того и другого цвета; во втором случае листы бумаги разных цветов должны чередоваться в каждой из полос При этом надо менять расположе ние листов в полосах;.например, если в первой полосе листы чередуются так: крас ный - белый - краайьпг- белый, то во второй полосе их склеивают ина" белый-красный - белый--JtpacKbtfl и т. д.
Для шара ткигтЬф в 1 метр (рис 1,-4) или в 1,5 метра (рис 1,5) нужнс приготовить 12 TiiJL^ шага диаметром в 2 метра (рис 1,В) -16 полос,
в 2,5 метра (рис. iwjiOc в 3 метра (рис. 1, Д) -24 полосы. Для полутора
метрового шара, |acjjJ»aiej"o <яз fa полос, понадобится 50 листов папиросной буц^у^"Ч
Любители полетов на воздушных шарах есть по всему миру, и они могут предложить путешествие на монгольфьере, как за деньги, так и за волонтерскую помощь их наземной команде. Если вы уже вкусили прелести таких полетов и теперь желаете самостоятельно дергать за стропы и разжигать горелку, путешествуя соло, то прежде вам необходимо пройти курс обучения и сертификации. Знакомство с принципами работы воздушного шара даст вам преимущество и поможет определиться – подходит ли вам это хобби.
Шаги
Часть 1
Базовые основы- Каждый, кто находится в корзине, должен иметь в виду, что воздушный шар может приземлиться в грязи или труднодоступной местности, а потому надетая одежда и обувь должны быть максимально комфортными.
-
Для того чтобы подняться выше, нужно выпустить больше пропана. Чтобы увеличить подачу пропана в огонь, нужно побольше открыть взрывной клапан на шланге, прикрепленном к газовому баллону, который обычно располагается прямо под горелкой. Чем больше вы откроете клапан, тем большее количество горячего воздуха устремится в шар и тем быстрее он поднимется. .
- Сброс балласта или любого тяжелого объекта, размещенного по бокам воздушного шара, уменьшит его полную плотность и также заставит подниматься ввысь. По понятным причинам этот прием не рекомендуется применять при полете над населенной местностью.
-
Изучаем, как оставаться на стабильной высоте. Как и любой объект, более теплый, чем окружающая его среда, воздушный шар остывает в течение длительного времени, что заставляет его постепенно снижаться. Чтобы оставаться на одной высоте, вы должны использовать один из приемов:
Чтобы опустить, откройте парашютный клапан. Помните, что парашютный клапан – это откидная створка на верхушке конверта. В обычном состоянии она герметично закрыта и, чтобы приоткрыть ее, нужно потянуть за стропу красного цвета, которая называется стропой разрыва. Это позволяет горячему воздуху выйти через верх. Пока шар не опустится до нужной отметки, держите стропу натянутой. Затем, отпустите ее, и откидная створка снова закроется.
Контролируем направление снижения или подъема. Напрямую влиять на направление движения воздушных шаров невозможно. Существуют несколько воздушных потоков, которые наслаиваются один на другой. Поднимайте или опускайте шар, улавливая разные перекрестные потоки воздуха, и он будет менять направление движения. Пилоты часто вынуждены изменять маршрут своего движения, подстраиваясь под нужные воздушные потоки.
Проверьте силу ветра. Знание того, когда полет следует отменить, очень важный фактор подготовки пилотов. Полет при сильном ветре чрезвычайно опасен, и осуществлять его запрещено. Новички должны придерживаться простого правила: летать либо в первые часы после восхода солнца, либо за несколько часов до заката, когда направление ветра более предсказуемо и его скорость невелика.
Проверьте наличие предметов жизнеобеспечения. В корзине должны быть как минимум: огнетушитель, аптечка, топографическая карта, авиационная карта, альтиметр (прибор для измерения высоты) и бортовой журнал, в котором пилот фиксирует все детали полета. Проверьте датчик пропана в баллонах. Вы должны быть уверены, что в них достаточно топлива для полета – обычно расход составляет около 30 галлонов (114 литров) в час. Для длительных полетов вам также понадобится радиостанция и возможно электронное навигационное оборудование.
Для взлета наполните шар. Чтобы оторваться от земли, почти всем воздушным шарам требуется помощь нескольких человек. Во-первых, горелку нужно закрепить на раме корзины и установить сбоку от конверта, который лежит на земле. Рот конверта поднять и расправить, и в в течение десяти минут с помощью мощного насоса закачивать воздух, который затем нагревается горелкой. Обычно, пока шар готовится к полету, корзина на земле удерживается людьми или привязывается к автомобилю. Когда пассажиры и пилот уселись в корзину, пилот выпускает из горелки мощную струю пламени и шар отрывается от земли.
Во время старта нужно быть предельно внимательным. Пилот должен быть очень сосредоточен и следить за тем, как надувается конверт, а наземная команда контролирует все стропы. Постоянно осматривайтесь по сторонам во всех направлениях, чтобы вовремя заметить деревья или другие объекты, на которые может наткнуться шар во время взлета. Как только почувствуете первый порыв ветра во время подъема, сразу же зафиксируйте свой взгляд на препятствии, которое расположено по курсу взлета и не отрывайтесь от него, пока шар не преодолеет препятствие. Это помогает быстро фиксировать отклонение от курса и немедленно на него реагировать, ускоряя взлет.
Изучите все погодные явления в районе полета. Для получения летного сертификата будущие пилоты воздушных шаров должны пройти тест по метеорологии, чтобы понимать, как взаимодействуют и влияют друг на друга температура, высота и влажность, а также, что могут рассказать вам о состоянии воздуха различные виды облаков. Конечно, перечислить все в этой инструкции не выйдет, но пару примеров можно привести:
- Существенные изменения в направлении ветра, когда вы поднимаетесь или спускаетесь, называются порывом ветра и требуют особого внимания, поскольку могут ускорить или замедлить ваше движение. Если сильный порыв ветра загасит пламя вашей горелки, зажгите ее снова и во избежание падения, как можно быстрее нагрейте шар.
- Если воздушный шар медленно реагирует на ваши действия, или вы замечаете, что воздух вместо того, чтобы устремлять вас вверх расходуется впустую, значит, вы попали в «инверсию» – состояние, при котором, чем выше вы поднимаетесь, тем теплее становится воздух вокруг вас. Компенсировать инверсию можно, увеличив количество нагреваемого воздуха или напротив, уменьшив, в зависимости от направления движения.
-
Проверяйте направление и скорость ветра, научитесь читать метеорологическую карту, используя эти данные для составления общей картины скорости и направления движения воздушных потоков. Чтобы узнать локальные условия, плюньте или брызните немного крема для бритья на край корзины.
Разбираемся – почему шар летает. Принцип действия воздушных шаров очень прост. Поскольку вы нагреваете воздух или любой другой газ, он становится менее плотным. Точно также, как пузырь воздуха, поднимающийся в аквариуме, горячий воздух будет подниматься над более плотным, холодным воздухом, который его окружает. Стоит подогреть воздух в шаре до нужной температуры, и он сам сможет поднять вверх и купол, и корзину вместе со всем ее содержимым.
Изучаем конструкцию шара. Его устройство настолько простое, что вы уже можете в нем запросто ориентироваться, то изучение необходимой терминологии поможет вам и вашей команде общаться друг с другом:
Одеваем защитную одежду. Пилот должен носить защитные очки, так как он будет находиться возле пламени. Также, пилот и команда должны быть одеты в прочные перчатки, одежду с длинными рукавами и длинные штаны, изготовленные из ткани, не содержащей нейлон, полиэстер и другие, легко воспламеняемые материалы.
Почему летают шары с гелием?
Казалось бы, очень простой вопрос, но иногда он ставит в тупик. Скорее всего, потому, что в школе нам это объясняли сухим языком цифр на скучных уроках. Но сегодня мы хотим веселые воздушные шары, и нас мучают простые вопросы о том, как долго они могут летать и какой вес они смогут поднять. Значит, нужно поближе познакомиться с некоторыми свойствами гелия.
Гелий - это газ. Им наполняется воздушный шарик. Это газ намного легче воздуха. Один кубический метр воздуха, который состоит из смеси разных газов, весит 1,293 кг, а один кубический метр гелия 0,178 кг. Получается, гелий легче воздуха 7,26 раза . Так же выходит, что один кубический метр гелия может поднять 1,115 кг , то есть чуть больше килограмма.
Выходит, что шары летают потому, что они заполняются газом гелием, который в 7,26 раза легче воздуха. Получается, шар подобно пузырьку воздуха в воде, который со дна поднимается вверх. Конечно, существует еще и такой газ как водород, его подъемная сила еще больше. Однако, использовать его нельзя, в отличии от гелия, он взрывоопасен и горюч. Вместо радости и восторга мы можем получить ожоги, пожары, травмы и летальный исход. Но вот интересно, какой вес может поднять этот шарик?
Объем стандартного шара, размером 30 сантиметров, составляет около 14 литров. Поэтому, гелий, который заполняет весь объем шара, может поднять около 15,61 грамм. Но, сам шар тоже имеет свой вес, который составляет порядка 3 грамм. Поэтому в результате на шарике мы можем поднять лишь 12,61 грамм.
Однако, мы живем не в идеальном мире и на практике подъемная сила стандартного шара не превышает 10 грамм. Причин тому много, самая главная заключается в том, что гелий очень быстро просачивается сквозь стенки шара, поэтому сразу же после надувания шарик теряет подъемную силу. На практике, после надувания обычный шар, размером 30 сантиметров, перестанет летать через 12-18 часов.
Конечно, шар можно обработать специальным составом, чтобы тот терял гелий значительно медленнее, однако и состав имеет свой вес и эффект наступает после его застывания, а за это время шарик успевает «похудеть». Но когда эффект все-таки наступит шар сможет продержаться в воздухе от 3 до 30 суток. Поскольку в нем будет сохранятся гелий в количестве, которое сможет обеспечить подъемную силу большую, чем вес самого шара.
Но вот теперь мы подходим к самому интересному вопросу, а сколько нужно шариков, чтобы поднять в воздух человека? Если ваш вес 70 килограмм, то путем несложных математических расчетов, мы можем прийти к выводу, что для этого требуется 7000 (семь тысяч) воздушных шаров.
Опять же, после надувания шаров, они начнут терять подъемную силу сразу же. На надувание 7000 шаров, команде из 4х человек потребуется весь день, а может быть и вся ночь. Поэтому реально, шариков может потребоваться гораздо больше. Значит, для поднятия человека нужна большая команда, и огромное количество шаров с запасом. Думаю, десяти тысяч шариков (!!!) вполне достаточно для того, чтобы поднять человека в воздух.
Но обычно, люди хотят поднять подарок весом 200. Теперь мы точно знаем, что 20 шаров имеют подъемную силу в 200 грамм. Однако, поднять 200 грамм они не смогу, подъемная сила скомпенсирует вес подарка и всего-то. Значит нам нужен как минимум 21 шар, чтобы подъемная сила в результате составила 10 грамм. Но, конечно, шары лучше взять с запасом, штук 25-30. Чтобы наверняка!
Получается, что шар летает поскольку он заполнен гелием, который в 7,26 раза легче чем воздух, стандартный шар имеет подъемную силу около 10 грамм и способен летать 12-18 часов без обработки, от 3 до 30 суток с обработкой.
Воздушные шары поднимаются вверх, потому что заполняющий их газ легче окружающего воздуха. Многие газы, в частности водород и гелий, имеют меньшую плотность, чем воздух. Это означает, что при данной температуре они имеют меньшую массу единицы объема, чем воздух.
Когда столь легкие газы закачаны в воздушный шар, он будет подниматься до тех пор, пока общий вес оболочки с газом, корзины, груза и тросов будет меньше, чем вес воздуха, вытесненного воздушным шаром. (Поскольку воздух рассматривается в физике подобно жидкой среде, здесь применяется тот же самый закон, что и для тел, погруженных в жидкость.) Горячий воздух, имеющий меньшую плотность по сравнению с холодным, также поднимается вверх. Несмотря на то, что горячий воздух не столь легок, как некоторые газы, он более безопасен и легко воспроизводим пропановыми горелками, установленными под горловиной оболочки воздушного шара, которую обычно изготавливают из легкой ткани, такой, как упрочненный нейлон. Заполненные горячим воздухом воздушные шары обычно остаются в полете в течение нескольких часов, но без дополнительного подогрева воздуха внутри оболочки они будут постепенно терять высоту.
Молекулы при разной температуре
- Когда воздух холодный, молекулы движутся медленно и располагаются близко друг к другу.
- Когда воздух нагревается, мо лекулы начинают двигаться быстрее и расходятся в стороны, заполняя больший объем.
- Так как нагреваемый воздух продолжает расширяться, он становится менее плотным.
- При охлаждении воздуха его молекулы теряют свою скорость, объем уменьшается, а плотность увеличивается.
- Воздушный шар лежит на боку. Пропановые горелки нагревают воздух внутри оболочки, который заставит ее раздуться и подняться вверх.
- Горячий, легкий воздух (рисунок под текстом) поднимается внутри оболочки вверх и затем стекает вниз вдоль ее стенок. Холодный воздух выдавливается через горловину, вес оболочки с воздухом уменьшается и воздушный шар поднимается вверх.
- Пилоты поддерживают или увеличивают высоту полета путем периодического включения горелок. До тех пор, пока воздух внутри оболочки горячее наружного, подъемная сила преодолевает силу притяжения.
- Воздушный шар снижается по мере того, как заполняющий его воздух охлаждается и сжимается. Пилоты могут ускорить снижение, выпуская горячий воздух через отверстие в верхней части воздушного шара.
Взаимодействие давления, объема и температуры
Взаимозависимость трех параметров. Давление, объем и температура газа взаимосвязаны. При комнатной температуре (ближний рисунок справа) движение молекул газа внутри сосуда создает определенное давление. Если объем > меньшей наполовину (средний рисунок справа), внутреннее давление удваивается. Когда воздух нагревается (дальний рисунок справа) , его давление возрастает и объем увеличивается пропорционально росту температуры.