Почему воздушный шар при нагревании воздуха внутри него поднимается вверх?

8 ответов на вопрос “Почему воздушный шар при нагревании воздуха внутри него поднимается вверх?”

  1. Spellwood Ответить


    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, молекулы 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.

  2. Yggfym Ответить

    С точки зрения физики, на любое тело, помещенное в газ или жидкость, действует сила вытеснения, равная весу тела. Воздушный шар в данном случае является телом, «помещенным» в воздух. Т.к. газ, наполняющий шар, делает его легким по сравнению с воздухом, то начинает осуществляться выталкивающая сила. За счет этого шар стремительно поднимается вверх и начинает летать.
    С помощью физики можно объяснить и причину не слишком хороших летательных свойств шаров, наполненных воздухом. Вес в данном случае практически одинаков, поэтому шар может только парить в воздухе, но без силового воздействия он опускается к земле.
    Полет воздушного шара в воздухе сравним с плаванием кораблей по воде. И в первом, и во втором случае происходит выталкивание более легкого тела тяжелой водой или воздухом. Причем выталкивающими способностями вода и воздух обладают практически в одинаковой степени.

    Почему летают воздушные шары для воздухоплавания

    Большие шары, предназначенные для воздухоплавания, летают по таким же причинам, как и маленькие шары-игрушки. Объяснением способности летать в данном случае также являются законы физики. Размер шара, вес корзины и пассажиров находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. Поднимается шар при помощи нагревания в нем воздуха и получаемого в результате этого газа. За счет такого воздействия, шар становится легче воздуха и на него оказывается выталкивающая сила.

  3. Frostseeker Ответить

    Наступают праздники, и на городских улицах появляются продавцы разноцветных воздушных шариков. Они наполняют их гелием, привязывают к ним веревочку и вручают детям. Но стоит веревочку отпустить, как шарик стремительно взмывает ввысь. Происходит это по той причине, что  гелий намного легче воздуха. Именно он и заставляет шарик лететь вверх.
    С воздушным шаром ситуация аналогичная. Если его наполнить гелием, то он обязательно начнет подниматься вверх. Это будет происходить до тех пор, пока масса газа, находящегося внутри воздушного шара, с учетом веса корзины, стропов и находящегося в ней груза, не сравняется с массой воздуха, которая будет вытеснена из оболочки шара при ее наполнении гелием. Как мы знаем, с высотой плотность воздуха падает. В конце концов, она сравняется с плотностью закаченного в оболочку шара газа, и он остановится.
    Все это так, но на практике, для наполнения оболочки воздушного шара, гелий не используют, ввиду его взрывоопасности. Мы знаем, что при нагреве плотность воздуха падает и, как следствие, уменьшается его вес. Ну а раз так, то теплый воздух начинает стремительно подниматься вверх, и если им будет наполнен воздушный шар, то он последует за ним.
    Понятно, что теплый воздух по массе значительно уступает гелию, но зато он абсолютно безопасный. Ну а нагреть его можно с помощью пропановых горелок, установленных в корзине, непосредственно под горловиной оболочки.
    Сама оболочка изготавливается из легкой, негорючей, синтетической ткани. После того, как будет включена горелка, воздух внутри нее начинается нагреваться и расширяться, постепенно заполняя весь ее объем. При этом происходит вытеснение холодного воздуха. Сморщенная до этого оболочка начинает постепенно расправляться, приобретает форму шара, и поднимается вверх. Если ничего не делать, то шар будет парить над землей  пару часов, и по мере охлаждения воздуха в оболочке, начнет снижаться. Полет можно продлить, периодически подогревая горелкой воздух внутри шара.
    Кроме того, с помощью периодического включения горелок, можно регулировать высоту полета. Шар будет находиться в воздухе до тех пор, пока температура внутри шара, будет выше наружной. Чтобы уменьшить высоту полета, достаточно выпустить теплый воздух их оболочки, открыв клапан в ее верхней части.

  4. VideoAnswer Ответить

  5. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *