Istnieje kilka teorii wyjaśniających przyczynę zdolności balonów do latania. W szerokim znaczeniu proces ten wyznaczany jest stosunkiem masy powietrza i gazu. Jeśli balon jest pełny...
Istnieje kilka teorii wyjaśniających przyczynę zdolności balonów do latania. W szerokim znaczeniu proces ten wyznaczany jest stosunkiem masy powietrza i gazu. Balon napełniony gazem unosi się do góry i nie spada na ziemię. Kiedy na przykład napełni się go powietrzem, gdy osoba samodzielnie nadmuchuje balon, jego zdolność do latania jest zmniejszona. Gaz jest znacznie lżejszy od powietrza, dlatego balony napełnione helem najlepiej unoszą się na wodzie.
W zależności od wypełnienia balony mogą wykonywać różne manipulacje:
- jeśli kula jest wypełniona dwutlenkiem węgla, powietrzem lub argonem, będzie latać gorzej;
- neon, metan, azot, hel i wodór sprawiają, że kula wznosi się szybko ze względu na minimalną masę tych gazów i dużą różnicę w stosunku do masy powietrza.
Lot balonem z punktu widzenia fizyki
Z fizycznego punktu widzenia na każde ciało umieszczone w gazie lub cieczy działa siła przemieszczenia równa ciężarowi tego ciała. Balon w tym przypadku to ciało „umieszczone” w powietrzu. Ponieważ Kiedy gaz wypełniający kulkę czyni ją lekką w porównaniu z powietrzem, zaczyna pojawiać się wyporność. Dzięki temu piłka szybko unosi się w górę i zaczyna latać.
Za pomocą fizyki można wyjaśnić przyczynę niezbyt dobrych właściwości latających balonów wypełnionych powietrzem. Ciężar w tym przypadku jest prawie taki sam, więc piłka może tylko unosić się w powietrzu, ale bez użycia siły opada na ziemię.
Lot balonu w powietrzu można porównać do pływania statkami po wodzie. Zarówno w pierwszym, jak i drugim przypadku lżejsze ciało jest wypychane przez ciężką wodę lub powietrze. Co więcej, woda i powietrze mają prawie równe zdolności wyporu.
Dlaczego latają balony na ogrzane powietrze?
Duże balony przeznaczone dla aeronautyki latają z tych samych powodów, co małe balony-zabawki. Wyjaśnieniem zdolności latania w tym przypadku są także prawa fizyki. Rozmiar piłki, waga kosza i pasażerów są ze sobą ściśle powiązane. Balon unosi się poprzez ogrzewanie znajdującego się w nim powietrza i powstałego gazu. Dzięki temu efektowi piłka staje się lżejsza od powietrza i wywierana jest na nią siła wyporu. 
Sterowanie balonem
Niemożliwym jest kontrolowanie jakichkolwiek balonów. Główną siłą kontrolującą jest zawsze powietrze lub wiatr. Jeśli puścisz mały balonik i przytrzymasz go za nitkę, to pomimo twoich wysiłków nie będziesz w stanie obrócić go w pożądanym kierunku. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku balonów. Jedyne, co mogą zrobić pasażerowie w koszu, to opuścić piłkę do poziomu gruntu lub unieść ją wyżej w powietrze. Wysokość uzyskuje się poprzez zmniejszenie ciężaru (zrzuca się specjalne obciążniki), a kulę obniża się poprzez zmniejszenie ilości gazu poprzez kontrolę temperatury nagrzewania się powietrza wewnątrz gumowanego materiału. Zmiana temperatury odbywa się poprzez zmianę stopnia palnika.
Dlaczego balony i sterowce napełnia się wodorem lub helem?
W dzieciństwie wszyscy bawili się balonami. Nikt nigdy nie zastanawiał się, dlaczego balony napełnia się wodorem lub helem. Aby odpowiedzieć na to pytanie, warto przypomnieć sobie kilka pytań ze szkolnego kursu fizyki. 
Trochę fizyki
Jeśli ciało znajduje się w powietrzu, działa na nie kilka sił. Największy wpływ wywiera siła i ciężar Archimedesa. Ich różnica nazywa się windą. Jeśli są równe, balon wisi swobodnie lub porusza się w powietrzu po skomplikowanych krzywiznach, których kształt zależy od prądów. Jeśli siła Archimedesa jest większa niż ciężar, powstaje siła nośna działająca na balon w górę. 
Na ciężar samolotu składa się sam gaz, skorupa, w której się znajduje, oraz podnoszony ładunek.
Jeśli napełnisz skorupę zwykłym powietrzem o temperaturze otoczenia, kulka nie uniesie się. Trzeba ogrzać powietrze. Dlatego balon musi być wyposażony w palnik, który stale podgrzewa powietrze wewnątrz skorupy.
Siła Archimedesa zależy od objętości powłoki i różnicy gęstości zawartego w niej powietrza i gazu.
Wraz ze wzrostem wysokości spada temperatura, zmniejsza się ciśnienie powietrza i jego gęstość w zamkniętej skorupie. W związku z tym siła Archimedesa maleje, a kula zaczyna opadać. Aby temu zapobiec, w dolnej części płaszcza wykonuje się otwór, pod którym umieszcza się palnik. Zmniejszając lub zwiększając ilość spalanego paliwa, możesz kontrolować wysokość lotu.
Samoloty z zamkniętą powłoką wykorzystują gazy, które w tej samej temperaturze mają gęstość mniejszą niż otaczające powietrze.
Spośród dostępnych gazów wodór ma najniższą gęstość. W przemyśle produkowany jest w dużych ilościach, dlatego jego koszt jest stosunkowo niski.
Dziś ze względów bezpieczeństwa kulista skorupa balonu napełniana jest helem. Ten rzadki pierwiastek chemiczny został po raz pierwszy odkryty poprzez analizę widmową słońca i otrzymał nazwę Helios, co oznacza słoneczny. Znacznie później gaz ten odkryto na Ziemi.
W tej samej temperaturze gęstość helu jest 10 razy mniejsza niż gęstość powietrza. Wodór ma jeszcze lepszy wskaźnik - 20. Dlatego początkowo balony napełniano wodorem. Jednak w przeciwieństwie do helu jest to gaz łatwopalny i wybuchowy. Ten element jest bezpieczny w użyciu, ale balon napełniony helem ma znacznie mniejszą siłę nośną.
Trochę historii
Duże balony nazywane są aerostatami i w przeszłości wykorzystywano je głównie do badań naukowych. Większość z nich to kule o różnych średnicach.
Największy balon, Record, o pojemności kuli ponad 4000 m3, wystartował jesienią 2010 roku. Jego gondolą podróżowało 36 osób.
Maksymalna wysokość, na jaką wzniósł się balon, wynosiła ponad 21 km. Rekordowy lot wykonał obywatel Indii Vijaypat Singhania w 2005 roku. Balon był wypełniony ciepłym powietrzem.
Na początku i w połowie ubiegłego wieku do transportu ludzi i ładunków używano sterowców w kształcie cygara.
Największy sterowiec w historii ludzkości, Hindenburg, został zbudowany w nazistowskich Niemczech pod koniec lat 30. XX wieku. Wykonał 21 lotów przez Atlantyk i zmarł w 1937 r. W Niemczech nie było wówczas helu i wszystkie zbiorniki Hindenburga były napełnione wodorem. Przyczyna wypadku nie jest znana. Po tragedii balony i sterowce napełnione wodorem nie są już wykorzystywane do transportu pasażerów. Wykorzystuje się je wyłącznie do celów naukowych.
Aby stworzyć prawdziwie świąteczny nastrój, potrzebne są balony. Zapytaj dowolną osobę, z czym wiąże się to święto, a on w ten czy inny sposób powie o balonach. Uwielbiają je zarówno dorośli, jak i dzieci, więc wakacje bez takich dekoracji... Nie należą do najprzyjemniejszych.
Choćby nie zabrakło pirotechniki i różnych osiągnięć branży rozrywkowej. A jeśli kule latają, jest to ogólnie rzecz biorąc podobne do magii. Zatem stworzenie niezapomnianych wakacji z fajnymi dekoracjami jest dość łatwe. Co więcej, obecnie wiele firm oferuje tak wygodną usługę, jak dostawa balonem.
Obecnie istnieje wiele odmian balonów – lateksowe, okrągłe, długie, w kształcie serc lub innych kształtach. Są foliowe: od małych po ogromne, od prostych okrągłych po skomplikowane kształty. Dostępne są balony w kształcie postaci z kreskówek, zwierząt, liter i cyfr. Matowe, przezroczyste, perłowe, błyszczące, gwiazdki, kwiaty, zwierzęta, samochody... Cokolwiek. I tak, to wszystko może latać - najważniejsze, że piłka jest napompowana odpowiednim gazem.
Z naszego artykułu dowiesz się, czym nadmuchuje się balony, jakim gazem trzeba je napompować, aby wzbiły się w powietrze oraz czym można napompować balony w domu.
Jakiego gazu używa się do nadmuchania balonów?
Najczęstszym jest zwykłe powietrze. Co może być łatwiejszego niż nadmuchanie balonu? Nic, szczególnie jeśli jest pompa. Kilka sekund - i jasna dekoracja na wakacje jest gotowa. To właśnie powietrzem nadmuchuje się balony, z których powstają kwiaty, girlandy i wszelkie dekoracje, które mocuje się na ścianach, schodach i oknach.Jakiego innego gazu używa się do nadmuchania balonów? Dwutlenek węgla. To metoda dla tych, którzy uwielbiają eksperymenty chemiczne lub po prostu nie chcą zawracać sobie głowy regularnym inflacją.
Aby otrzymać dwutlenek węgla wystarczy połączyć zwykły ocet 9% i sodę. Na jeden przedmiot potrzebujesz 150 ml octu i łyżkę sody. Proszek wsypuje się do kulki, po czym jego ogon naciąga się na butelkę octu, kulkę wstrząsa się tak, aby soda wlała się do butelki. Gwałtowna reakcja - i teraz balon jest napełniony.
Czym nadmuchuje się balony, żeby latały?
Kiedyś stosowano wodór. Szybko jednak z niego zrezygnowali, gdyż w połączeniu z tlenem tworzy wybuchowy gaz. Pokaz pirotechniczny jest oczywiście ciekawy, ale tylko pod warunkiem, że jest kontrolowany. Ale eksplozji balonu nie można nazwać kontrolowaną.
Dlatego zamiast wodoru zaczęli używać helu. Jest idealny - znacznie lżejszy od powietrza, całkowicie obojętny i bezpieczny, w przystępnej cenie. Gaz idealny do statków latających. Ponadto jest bezpieczny dla zdrowia – hel wchodzi nawet w skład mieszanek dla płetwonurków. I ciekawy efekt uboczny wdychania tego, zabawny głos, nawet wywołuje śmiech. Ponadto hel nie ma zapachu ani smaku. A jeśli dekoracja pęknie, nic złego się nie stanie.
Jak nadmuchać balony zamiast helu w domu?
W zasadzie hel nie jest na tyle niedostępny, aby nie można go było kupić do użytku domowego. Ale jeśli nie chcesz kupować balonu, istnieje tylko jedna opcja dla latającej piłki: wodór. Tak, jest w pewnym stopniu niebezpieczny, ale jest to jedyny gaz lżejszy od powietrza, który można wytworzyć za pomocą improwizowanych środków. A uzyskuje się to w następujący sposób:- Do butelki wlewa się 150 ml ciepłej wody;
- Wrzuca się tam również kawałki zwykłej folii;
- Następnie dodaj 3 łyżki sody kaustycznej (soda kaustyczna, środek do czyszczenia odpływów);
- Na butelce natychmiast umieszcza się balon.
Uwaga! Wodór jest potencjalnie niebezpieczny, podobnie jak eksperymenty z sodą kaustyczną. Gazu tego nie należy wdychać. Balony takie, w tym świeczki na tort urodzinowy, zimne ognie itp., należy również trzymać z dala od ognia. Dlatego jeśli chcesz udekorować swoje wakacje latającymi balonami, nie powinieneś ryzykować. W końcu ryzyko polega nie tylko na tym, że wakacje zostaną zrujnowane...
O wiele lepiej udać się do sklepu, gdzie można wybrać odpowiednie balony, a oni dostarczą Ci je już napompowane. Wszystko staje się znacznie łatwiejsze i nie tak drogie. I nie musisz myśleć o tym, jak nadmuchać balony w domu, czego użyć zamiast helu i tak dalej.
Materiał przygotowany przez Mechtalion.ru.
Balony unoszą się do góry, ponieważ gaz, który wypełniają, jest lżejszy od otaczającego powietrza. Wiele gazów, zwłaszcza wodór i hel, ma mniejszą gęstość niż powietrze. Oznacza to, że w danej temperaturze mają mniejszą masę na jednostkę objętości niż powietrze.
Kiedy takie lekkie gazy zostaną wpompowane do balonu, będzie on unosił się do momentu, gdy całkowita masa płaszcza gazowego, kosza, ciężaru i kabli będzie mniejsza niż masa powietrza wypartego przez balon. (Ponieważ powietrze jest uważane w fizyce za ośrodek ciekły, obowiązuje tu to samo prawo, co w przypadku ciał zanurzonych w cieczy.) Gorące powietrze, które ma mniejszą gęstość w porównaniu do zimnego, również unosi się. Chociaż gorące powietrze nie jest tak lekkie jak niektóre gazy, jest bezpieczniejsze i łatwo wytwarzane za pomocą palników propanowych zamontowanych pod szyjką skorupy balonu, która jest zwykle wykonana z lekkiego materiału, takiego jak wzmocniony nylon. Balony napełnione gorącym powietrzem zwykle pozostają w locie przez kilka godzin, jednak bez dodatkowego podgrzania powietrza wewnątrz skorupy będą stopniowo tracić wysokość.
Cząsteczki w różnych temperaturach
- Kiedy powietrze jest zimne, cząsteczki poruszają się powoli i są blisko siebie.
- Kiedy powietrze się nagrzeje, jest to możliweCząsteczki zaczynają poruszać się szybciej i rozchodzą się na boki, wypełniając większą objętość.
- Od ogrzanego powietrzanadal się rozszerza, staje się mniej gęsty.
- Podczas chłodzenia powietrzacząsteczki tracą prędkość, objętość maleje, a gęstość wzrasta.
- Balon leży na boku. Palniki na propan podgrzewają powietrze wewnątrz skorupy, co powoduje jego pęcznienie i unoszenie się.
- Gorące, jasne powietrze (zdjęcie pod tekstem) unosi się wewnątrz muszli i spływa wzdłuż jej ścianek. Zimne powietrze jest wyciskane przez szyję, ciężar muszli z powietrzem maleje, a balon unosi się.
- Piloci utrzymują lub zwiększają wysokość, okresowo włączając palniki. Dopóki powietrze wewnątrz skorupy jest gorętsze niż powietrze na zewnątrz, siła nośna pokonuje siłę grawitacji.
- Balon opada, gdy wypełniające go powietrze ochładza się i kurczy. Piloci mogą przyspieszyć opadanie, wypuszczając gorące powietrze przez otwór w górnej części balonu.
Interakcja ciśnienia, objętości i temperatury
Współzależność trzech parametrów. Ciśnienie, objętość i temperatura gazu są ze sobą powiązane. W temperaturze pokojowej (prawie po prawej) ruch cząsteczek gazu wewnątrz naczynia wytwarza określone ciśnienie. Jeśli objętość jest > o połowę mniejsza (środkowe zdjęcie po prawej), ciśnienie wewnętrzne podwaja się. Kiedy powietrze się nagrzewa (skrajnie po prawej), jego ciśnienie wzrasta, a jego objętość wzrasta proporcjonalnie do temperatury.
Czy hel jest niebezpieczny?
Dość często można usłyszeć opinię, że gaz jest substancją niebezpieczną. To nie jest prawdziwe stwierdzenie. Dlaczego „zdarza się” tak często?
Faktem jest, że słowo „gaz”, podobnie jak wiele innych słów w języku rosyjskim, ma kilka znaczeń (definicji). W swoim „głównym” znaczeniu gaz jest stanem materii (każda substancja może być stała, ciekła i gazowa). W jednym z dodatkowych znaczeń pojęcie gazu oznacza gaz łatwopalny w gospodarstwie domowym, stosowany w palnikach kuchenek gazowych (zwykle metan, propan lub butan).
Jakiego gazu używa się do nadmuchania balonów? Jeśli piłka „leci”, możesz mieć pewność, że nie jest napompowana tym samym gazem, który jest dostarczany do kuchenek gazowych. Tylko bardzo lekki gaz, znacznie lżejszy od powietrza, może utrzymać piłkę w powietrzu. Propan i butan są cięższe od powietrza, a kula leżałaby na podłodze. Metan jest nieco lżejszy od powietrza, ale jego siła nośna nie wystarczyłaby, aby unieść w niebo „zwykły” mały balonik: nad ziemię mógłby wznieść się jedynie ogromny balon wypełniony metanem – i to niezwykle „wolno”: miałby bardzo niski poziom podnoszenia.
Jaki gaz może z łatwością unieść w powietrze dowolny balon lateksowy lub foliowy? Istnieją tylko dwa takie gazy: wodór i hel. Obydwa te gazy są substancjami elementarnymi i w układzie okresowym D.I. Mendelejewa są wymienione pod numerami 1 i 2. Pod względem występowania we Wszechświecie jest podobnie: na pierwszym miejscu znajduje się wodór, a na drugim hel. Pod względem „lekkości” gazy te również zajmują pierwsze i drugie miejsce (wodór jest najlżejszy, a hel tylko nieznacznie cięższy) i znacznie przewyższają wszystkie inne gazy. Pod względem wielkości atomów również są liderami, chociaż tutaj jest trochę odwrotnie: hel ma najmniejszy atom, a wodór jest na drugim miejscu.
Ale wydaje się, że to koniec podobieństw między tymi gazami. Wodór jest pierwiastkiem bardzo aktywnym, niezwykle łatwopalnym i wybuchowym: nawet bardziej niebezpiecznym niż domowy propan. A hel jest absolutnie obojętnym gazem, który nie reaguje z żadną znaną substancją, dlatego tak jest nie mogę palić lub wspomagać spalanie, a także nie może powodować zatruć. Zgodnie z normami rosyjskimi i europejskimi oraz zgodnie z przepisami bezpieczeństwa przeciwpożarowego do nadmuchania balonów używa się wyłącznie helu (lub zwykłego powietrza).
Czy wdychanie helu z balonu jest bezpieczne? Jest to całkiem bezpieczne, jeśli oczywiście mówimy o samym helu, a nie o bakteriach czy innych czynnikach ubocznych, które mogą występować. Hel w sensie chemicznym jest jeszcze bardziej „neutralny” niż azot, który stanowi większość atmosfery ziemskiej. Hel jest stosowany jako składnik mieszaniny oddechowej przez płetwonurków pracujących na dużych głębokościach, ponieważ praktycznie nie rozpuszcza się w ludzkiej krwi.
Czy zbiornik z helem jest niebezpieczny? Jeśli jest to butla pod wysokim ciśnieniem, około 150 atmosfer lub więcej, to niewątpliwie stwarza zagrożenie w przypadku zniszczenia. Jednak zniszczenie metalowego cylindra nie jest wcale łatwym zadaniem. Margines bezpieczeństwa kapsuły fabrycznych cylindrów jest dość duży. Przed użyciem butle są testowane pod ciśnieniem trzykrotnie większym od ciśnienia roboczego; po czym na butli umieszcza się znak fabryczny w postaci czterech cyfr, które wskazują miesiąc i rok kolejnej certyfikacji. Jeśli zobaczysz brązową butlę z napisem „hel” lub „He” (hel) białą farbą, a na górze wytłoczony miesiąc i rok certyfikacji – późniejszy niż obecny – możesz być spokojny (nawet jeśli data certyfikat „trochę nieaktualny”). Butle z helem produkowane przez fabrykę w Orenburgu (jest to jedyna fabryka helu w Rosji) są certyfikowane do stosowania w zatłoczonych miejscach. Jeśli jednak zauważysz, że ktoś próbuje przeciąć butlę z gazem szlifierką lub ją przewiercić, albo uderzy ją dłutem, to powinieneś włączyć alarm, niezależnie od tego, czy butla jest napełniona helem, czy czymś innym, czy jest pusty czy nie pusty...
Czy hel może spowodować uduszenie, jeśli jeden lub więcej balonów pęknie w zamkniętej przestrzeni? Tutaj konieczne jest oszacowanie rzędu wielkości. Jedna średnia kula ma objętość około 7 litrów. W małym pomieszczeniu, na przykład dwa na trzy metry i wysokość sufitu 2,5 metra, objętość wynosi 15 metrów sześciennych. metrów - czyli 15 000 litrów. Jeśli „wybuchniesz” w tym pomieszczeniu aż 50 balonów z helem, jego objętość wyniesie około 350 litrów. Stanowi to nieco ponad 2% objętości powietrza. Wartość jest wyjątkowo nieznaczna, mimo że hel nie jest toksyczny i nie powoduje reakcji alergicznych. Ponadto cały hel natychmiast uniesie się w górę i dość szybko przeniknie przez sufit, ponieważ zdolność penetracji atomów helu jest bardzo wysoka. Mało tego: nawet jeśli otworzysz balon w pomieszczeniu i wypuścisz cały hel do pomieszczenia, nie spowoduje to żadnej szkody dla ludzi ani zwierząt. Jeśli jednak dla zabawy zdecydujesz się wdychać hel z balonu (hel zmienia Twój głos, powodując wibrację strun głosowych z wyższą częstotliwością), nie powinieneś dać się ponieść emocjom: jeśli przez dłuższy czas wdychasz sam hel i nie oddychaj zwykłym powietrzem, możesz odczuwać zawroty głowy, mimo że hel nie jest trujący. W końcu organizmy ziemskich żywych stworzeń są zaprojektowane w taki sposób, że potrzebują tlenu!
Czy można palić i używać otwartego ognia? w pobliżu urządzeń gazowych lub w pobliżu napompowanych balonów, zwłaszcza jeśli z niektórych wyraźnie wycieka hel? Środki ostrożności w magazynach z ciekłym lub gazowym helem, azotem i dwutlenkiem węgla - nie zabrania palenie z powodu tych gazów nie zapalaj i nie wspomagają spalania innych substancji. Jeśli jednak płonący papieros dotknie balonu, najprawdopodobniej pęknie: to samo stanie się, jeśli balon dotknie gorącej żarówki. Ale to po prostu rozerwie gumę tworzącą skorupę piłki. Nie będzie eksplozji ani płomieni.
Czy balon napełniony helem jest bezpieczny dla małego dziecka? Według standardów europejskich już od dawna nie zaleca się podawania zabawek dzieciom poniżej 3. roku życia – z wyjątkiem tych dostarczanych w sterylnych opakowaniach. I wcale nie chodzi tu o to, że jakiś materiał lub substancja może mieć szkodliwy wpływ na organizm dziecka - ale o to, że małe dziecko najprawdopodobniej będzie próbowało włożyć go do ust, najpierw wtapiając go w ziemię lub w inny „nie -sterylne” miejsca. Lateks naturalny, z którego wykonana jest skorupa balonu, a także hel techniczny (ponad 98%) czy mieszanina helu i powietrza (60/40) nie stanowią zagrożenia dla zdrowia. Trzeba tylko wziąć pod uwagę, że lateksowa kulka może pęknąć, jeśli dziecko nie będzie się nią bardzo ostrożnie bawić, a głośny dźwięk trzaskania może przestraszyć dziecko. Dlatego warto dawać maluchom nie gumową kulkę, a foliową figurkę, która z reguły jest bardziej kolorowa i nie „wyskakuje”, jeśli dziecko przez przypadek ją ugryzie.
Na te i inne pytania nasi menadżerowie chętnie odpowiedzą telefonicznie. Z poważaniem administracja serwisu internetowego portalu