Объяснить причину способности воздушных шаров летать можно несколькими теориями. В широком смысле этот процесс обусловлен соотношением веса воздуха и газа. Если воздушный шар заполнен...
Объяснить причину способности воздушных шаров летать можно несколькими теориями. В широком смысле этот процесс обусловлен соотношением веса воздуха и газа. Если воздушный шар заполнен газом, то он поднимается вверх и не опускается на землю. При наполнении его воздухом, например, когда человек самостоятельно надувает шарик, способность его летать снижается. Газ намного легче воздуха, поэтому шары, наполненные гелием, летают лучше всего.
В зависимости от наполнения воздушные шары могут совершать разные манипуляции :
- если шар наполнен углекислым газом, воздухом или аргоном, то летать он будет хуже;
- неон, метан, азот, гелий и водород заставляют шарик стремительно взлетать из-за минимального веса этих газов и большой разницы с массой воздуха.
Полет воздушного шара с точки зрения физики
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.
Управление воздушным шаром
Управлять любыми воздушными шарами невозможно. Главной управляющей силой всегда является воздух или ветер. Если отпустить маленький воздушный шар и держать его за нитку, то, несмотря на усилия, повернуть его в нужное направление не получится. Аналогичная ситуация происходит и с шарами для воздухоплавания. Единственное, что могут сделать пассажиры, находящиеся в корзине, это снизить шар до уровня земли или поднять его выше в воздух. Высота набирается за счет уменьшения веса (сбрасываются специальные грузы), а снижается шар за счет уменьшения количества газа при помощи контроля температуры нагревания воздуха внутри прорезиненного материала. Температура меняется путем изменения уровня горелки.
Почему воздушные шары и дирижабли наполняют водородом или гелием
В детстве все играли с воздушными шариками. Никто не задумывался, почему воздушные шары наполняют водородом или гелием. Чтобы ответить на этот вопрос, следует вспомнить некоторые вопросы из школьного курса физики.
Немного физики
Если тело находится в воздухе, на него действует несколько сил. Наибольшее влияние оказывают архимедова сила и вес. Их разность называется подъемной силой. Если они равны, то воздушный шар свободно висит или перемещается по воздуху по замысловатым кривым, форма которых зависит от потоков. Если архимедова сила окажется больше веса, возникает подъемная сила, действующая на воздушный шар вверх.
Вес летательного аппарата складывается из самого газа, оболочки, в которой он находится, и поднимаемого груза.
Если наполнить оболочку обычным воздухом при температуре окружающей среды, шар подниматься не будет. Воздух нужно нагревать. Поэтому воздушный шар нужно оборудовать горелкой для постоянного подогрева воздуха внутри оболочки.
Архимедова сила зависит от объема оболочки и разности плотностей воздуха и газа, находящегося в нем.
С увеличением высоты температура уменьшается, давление воздуха и его плотность в замкнутой оболочке снижаются. Соответственно уменьшается архимедова сила, и шар начинает опускаться. Чтобы этого не произошло, в нижней части оболочки делают отверстие, под которым располагают горелку. Уменьшая или увеличивая количество сжигаемого топлива, можно управлять высотой полета.
В летательных аппаратах с замкнутой оболочкой используются газы, у которых при одинаковой температуре плотность меньше окружающего воздуха.
Среди доступных газов наименьшую плотность имеет водород. В промышленности его получают в больших объемах, поэтому его стоимость относительно небольшая.
На сегодняшний день в целях безопасности сферическую оболочку воздушного шара наполняют гелием. Этот редкий химический элемент впервые был обнаружен с помощью спектрального анализа на солнце и получил свое название Гелиос, что означает солнечный. Гораздо позже этот газ был обнаружен на земле.
При одинаковой температуре плотность гелия в 10 раз меньше воздуха. У водорода показатель еще лучше — 20. Поэтому первоначально шары наполняли водородом. Но он, в отличие от гелия, горючий и взрывоопасный газ. Использование этого элемента безопасно, но шар, наполненный гелием, обладает гораздо меньшей подъемной силой.
Немного истории
Большие воздушные шары называются аэростатами, в прошлом они предназначались в основном для научных исследований. Большинство из них представляли сферы различного диаметра.
Самый большой аэростат Рекорд с объемом сферы более 4000 м³ поднялся в воздух осенью 2010 г. В его гондоле путешествовало 36 человек.
Максимальная высота, на которую поднялся аэростат — более 21 км. Рекордный полет совершил гражданин Индии Vijaypat Singhania в 2005 г. Аэростат был заполнен теплым воздухом.
Для перевозки людей и грузов в начале и середине прошлого века использовались дирижабли, имеющие сигарообразную форму.
Самый крупный дирижабль в истории человечества Гинденбург был сконструирован в фашистской Германии в конце 30-х годов. Совершил 21 перелет через Атлантику и погиб в 1937 г. В то время в Германии не было гелия и все емкости Гинденбурга были заполнены водородом. Причина аварии неизвестна. После трагедии наполняемые водородом аэростаты и дирижабли для перевозки пассажиров не применяются. Используются они только в научных целях.
Для создания по-настоящему праздничного настроения нужны воздушные шарики. Спросите у любого человека, с чем у него ассоциируется праздник, и он, так или иначе, скажет о воздушных шарах. Их действительно любят и взрослые, и дети, поэтому праздник без таких украшений… Не самый веселый.
Даже если есть пиротехника и разные достижения индустрии развлечений. А если шары летают, то это вообще сродни волшебству. Так что создать незабываемый праздник с помощью классных украшений довольно легко. Тем более, сейчас многие компании предлагают такую удобную услугу как доставка шаров .
На сегодняшний день есть немало разновидностей воздушных шаров — латексные, круглые, длинные, в виде сердечек или других фигур. Есть фольгированные: от небольших до огромных, от просто круглых до сложных фигур. Есть шары в виде героев мультфильмов, животных, букв и цифр. Матовые, прозрачные, перламутровые, блестящие, звёзды, цветы, животные, машинки... Да что угодно. И да, все это умеет летать — главное, чтобы шар был надут правильным газом.
Из нашей статьи вы узнаете, чем надувают воздушные шары, каким газом их нужно надувать, чтобы они летали и чем можно надуть шары в домашних условиях.
Каким газом надувают воздушные шары?
Самый распространенный — обычный воздух. Что может быть проще, чем надуть шарик? Да ничего, особенно, если есть насос. Пара секунд — и яркое украшение для праздника готово. Именно воздухом надувают шары, из которых делают цветы, гирлянды и все те украшения, которые закрепляются на стенах, лестницах, окнах.Каким еще газом надувают шарики? Углекислым. Это способ для тех, кто любит химические опыты или просто не желает возиться обычным надуванием.
Чтобы получить углекислый газ, достаточно соединить обычный уксус, 9% и соду. На один предмет нужно 150 мл уксуса и столовая ложка соды. Порошок засыпается в шар, после чего его хвостик натягивается на бутылку с уксусом, шарик встряхивается, чтобы сода высыпалась в бутылку. Бурная реакция — и вот уже шар наполнен.
Чем надувают шарики, чтобы они летали?
Когда-то использовался водород. Вот только от него быстро отказались, потому что в соединении с кислородом он образует гремучий газ. Пирошоу это, конечно, интересно, но только если оно управляемо. А взрыв воздушного шарика управляемым нельзя назвать.
Поэтому вместо водорода стали использовать гелий. Он идеально подходит — намного легче воздуха, полностью инертный и безопасный, вполне доступный. Идеальный газ для летающих поделок. К тому же, он безопасен для здоровья — гелий даже входит в состав смесей для аквалангистов. А интересный побочный эффект его вдыхания, смешной голос, даже веселит. К тому же, гелий не имеет запаха или вкуса. И если украшение лопнет, ничего страшного не произойдет.
Чем надуть шарики вместо гелия в домашних условиях?
В принципе, гелий не настолько недоступен, чтобы его нельзя было купить для дома. Но если не хочется покупать баллон, то для летающего шара есть только один вариант: водород. Да, он в какой-то мере опасен, но это единственный газ, который легче воздуха, и его можно добыть с помощью подручных средств. И добывается он следующим образом:- В бутылку наливают 150 мл теплой воды;
- Туда же бросают кусочки обычной фольги;
- После этого добавляют 3 столовые ложки каустика (каустическая сода, средство для прочистки канализации);
- На бутылку сразу надевают воздушный шар.
Внимание! Водород потенциально опасен, эксперименты с каустиком тоже. Этот газ вдыхать нельзя. Также нужно держать такие шары подальше от огня, в том числе свечи на праздничном торте, бенгальские огни и т.д. Поэтому, если хочется украсить праздник летающими шарами, не стоит рисковать. Ведь здесь риск не только в том, что праздник испортится…
Гораздо лучше — обратиться в магазин, где можно выбрать подходящие шары, и вам их доставят уже надутые. Все становится намного проще, и не так уж дорого. И не нужно думать, чем надувать шарики в домашних условиях, что использовать вместо гелия и так далее.
Материал подготовлен Mechtalion.ru.
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.
Опасен ли гелий?
Довольно часто можно услышать мнение о том, что газ является опасным веществом. Это не верное утверждение. Почему же оно так часто "бытует"?
Дело в том, что у слова "газ", как и у многих других слов в русском языке - существует несколько значений (дефиниций). В своём "главном" значении, газ - это состояние вещества (любое вещество может быть твёрдым, жидким и газообразным). А в одном из дополнительных значений, под понятием газ - подразумевается бытовой горючий газ , используемый в горелках газовых плит (как правило, это метан, пропан или бутан).
Какой газ используется для накачки воздушных шариков? Если шарик "летает" - то можно быть уверенным, что он надут не тем газом, который подаётся к газовым плитам. Поддерживать шарик в воздухе способен только очень лёгкий газ, который гораздо легче воздуха. Пропан и бутан тяжелее воздуха, и шарик лежал бы на полу. Метан немного легче воздуха, но всё же его подъёмной силы не хватило бы, чтобы поднять в небо "обычный", небольшой воздушный шарик: только огромный шар, наполненный метаном мог бы подняться над землёй - и то крайне "вяло": он имел бы очень малую подъёмную силу.
Какой же газ способен запросто поднять в воздух любой латексный или фольгированный шарик? Таких газов только два: это водород и гелий. Эти оба газа являются элементарными веществами и значатся в периодической системе Д. И. Менделеева под номерами 1 и 2. По степени распространённости во Вселенной - аналогично: водород занимает первое место, а гелий - второе. По "лёгкости" - эти газы так же занимают первое и второе места (водород самый лёгкий, а гелий - лишь чуть чуть тяжелее) и намного превосходят все другие газы. По размеру атомов - они тоже лидеры, хотя тут немного наоборот: самый маленький атом у гелия, а водород занимает второе место.
Но на этом сходство между этими газами похоже, исчерпано. Водород - очень активный элемент, чрезвычайно горючий и взрывоопасный: даже более опасный, чем бытовой пропан. А гелий - абсолютно инертный газ, который не вступает в реакцию ни с одним известным веществом, следовательно он не может гореть или поддерживать горение, а так же не может вызвать отравление. По Российским и Европейским стандартам, а так же в соответствии с правилами пожарной безопасности для накачки воздушных шаров используется исключительно гелий (либо обычный воздух).
Безопасно ли вдыхать гелий из воздушного шарика? Вполне безопасно, если конечно речь идёт о самом гелии, а не бактериях или иных побочных факторах, которые могут при этом присутствовать. Гелий, в химическом смысле ещё более "нейтральный", чем азот, из которого по большей части состоит земная атмосфера. Гелий, как компонент дыхательной смеси используют аквалангисты при работе на большой глубине, поскольку он практически не растворяется в крови человека.
Опасен ли баллон с гелием? Если это баллон высокого давления, порядка 150 атмосфер или более - то он, несомненно представляет опасность в случае разрушения. Однако, разрушить металлический баллон дело совсем не простое. Запас прочности капсулы заводских баллонов довольно велик. Перед использованием, баллоны тестируют при давлении, в три раза превышающем рабочее давление; после чего на баллоне ставят заводское клеймо в виде четырёх цифр, которые означают месяц и год следующей аттестации. Если Вы увидите баллон коричневого цвета, на котором написано белой краской "гелий", либо "He "(helium), а на верхней части выбит месяц и год аттестации - более поздний, нежели текущий - можете быть спокойны (даже, если дата аттестации "слегка" просрочена). Баллоны с гелием, производства Оренбургского завода (это единственный завод гелия в России) сертифицированы для использования в местах массового скопления людей. Но если заметите, что кто-то пытается распилить газовый баллон "болгаркой" или просверлить его, или бьёт по нему зубилом - то следует забить тревогу, не зависимо от того - баллон с гелием или с чем-то другим, пустой он или не пустой...
Может ли гелий вызвать удушье, если один или несколько шариков лопнут в тесном помещении? Тут следует оценить порядок величин. Один средний шарик имеет объём примерно 7 литров. В маленькой комнате, например два на три метра и высотой потолка 2,5 метра - объём 15 куб. метров - то есть 15 000 литров. Если в этой комнате "полопать" целых 50 шариков с гелием, то его объём составит около 350 литров. Это чуть более 2% от объёма воздуха. Величина крайне незначительная, при том, что гелий не ядовит и не вызывает аллергических реакций. Кроме того, весь гелий моментально поднимется вверх, и довольно быстро просочится сквозь потолок, поскольку проникающая способность атомов гелия очень высока. Мало того: даже если открыть баллон в помещении и выпустить весь гелий в комнату - это не причинит какого-либо вреда людям или животным. Но если Вы решите подышать гелием из шарика ради забавы (гелий меняет голос, заставляя голосовые связки вибрировать с большей частотой) - сильно увлекаться не стоит: если долго вдыхать один только гелий и не дышать обычным воздухом - может закружиться голова, несмотря на то, что гелий не ядовит. Ведь организмы земных живых существ устроены так, что им необходим кислород!
Можно ли курить или использовать открытый огонь рядом с газобаллонным оборудованием или вблизи накачанных воздушных шариков, особенно если какой-то из них явно пропускает гелий? Техника безопасности на складах с жидким или газообразным гелием, азотом и углекислотой - не запрещает курение, поскольку эти газы не воспламеняются и не поддерживают горение других веществ. Однако, если горящая сигарета заденет воздушный шарик - он скорей всего лопнет: то же самое произойдёт, если шарик коснётся горячей лампочки. Но это просто лопнет резина, из которой состоит оболочка шарика. Никакого взрыва и пламени не будет.
Безопасен ли воздушный шарик, накачанный гелием для маленького ребёнка? По Европейским стандартам, уже давно, любые игрушки не рекомендуются детям младше 3 лет - за исключением тех, которые поставляются в стерильных упаковках. И дело тут вовсе не в том, что какой-то материал или вещество способно оказать вредное воздействие на детский организм - а в том, что маленький ребёнок с большой вероятностью попытается засунуть это в рот, предварительно поваляв в земле или иных "не стерильных" местах. Натуральный латекс, из которого изготовлена оболочка шарика, так же, как и технический гелий (более 98%) или гелиево-воздушная смесь (60/40) - не представляют опасности для здоровья. Следует только учесть, что латексный шарик может лопнуть, если малыш будет играть с ним не очень осторожно, а громкий звук хлопка способен напугать ребёнка. По этому, самым маленьким рекомендуют дарить не резиновый шарик - а фольгированную фигуру, которые, как правило более красочны и не "хлопают", если ребёнок случайно её прокусит.
На эти, и другие вопросы более подробно наши менеджеры готовы ответить по телефону. С уважением, администрация портала сайт