Почему воздушный шар летает?

Оболочка воздушного шараКогда воздушный шар – тепловой аэростат в наполненном состоянии находится на земле во время проведения различных праздничных мероприятий, то заглядывающая внутрь оболочки детвора часто громко восклицает: «Посмотрите, шар пустой, там ничего нет!».

И действительно, внутри оболочки ничего видимого для глаз нет, но на самом деле оболочка полностью заполнена горячим воздухом, повышенную температуру которого поддерживают периодически включаемые пилотом газовые горелки. Температура воздуха внутри оболочки может достигать 120°С.

Воздух, как и любой газ при нагревании расширяется, его объем в условиях постоянного давления увеличивается, а плотность уменьшается по сравнению с плотностью воздуха за пределами оболочки. Более холодный плотный атмосферный воздух начинает выталкивать вверх горячий воздух оболочки, а тот в свою очередь увлекает за собой в небо оболочку аэростата и все, что присоединено к ней – гондолу (корзину) с горелкой, газовыми баллонами, пилотом и пассажирами.

Подъемная сила оболочки увеличивается с увеличением разности температуры воздуха внутри оболочки и температуры воздуха снаружи оболочки. В соответствие с законом Архимеда на тело, погруженное в жидкость или газ действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости или газа.

В оболочку пятиместного аэростата класса АХ-8 помещается 2550 м3 воздуха. Так как масса 1 м3 воздуха при температуре 20°С равна 1.2 кг, а масса оболочки составляет 125 кг, то масса полностью наполненной холодным воздухом оболочки составит: 125 кг + 2550 м3 х 1.2 кг = 3185 кг. Если нагреть воздух внутри оболочки до 120°С то масса 1 м3 горячего воздуха уменьшится до 0.9 кг, а общая масса разогретой оболочки станет равна: 125 кг + 2550 м3 х 0.9 кг = 2420 кг.Физика полёта воздушного шара

Таким образом разница в массе холодной и разогретой оболочки составит: 3185-2420= 765 кг. По закону Архимеда эта разница в весе и составит то «усилие» в 765 кг, с которым эта разогретая оболочка будет пытаться взлететь в небо.

Учитывая, что масса корзины с горелкой и двумя газовыми баллонами составляет 230 кг, то результирующая подъемная сила такого аэростата составит: 765-230=535 кг. Получается, что этот аэростат свободно поднимет в небо пять пассажиров по 100 кг.

Конечно в реальности подъемная сила будет меньше рассчитанной нами из-за неравномерности распределения температуры воздуха по высоте оболочки, но, все равно подъемная сила такого аэростата достаточно велика.

Надо отметить, что с возрастанием температуры окружающего воздуха, подъемная сила аэростата уменьшается, поскольку оболочку нельзя нагревать больше 120°С.

Для определения максимального веса, который воздушный шар может поднять при определенной температуре воздуха, пилот использует специальные таблицы. Так при температуре +35°С аэростат может лететь только с одним пилотом и без пассажиров.

Автор:
Дата публикации:
Дата редактирования: 2015-04-11

О ВОЗДУХОПЛАВАНИИ!

Воздухоплавание - один из старейших видов авиации. Для себя мы открыли этот необычный мир в 2006 году и стех пор всё время открываем в нём что-нибудь новое. Одинаковых или скучных полётов не бывает, каждый раз для нас и наших клиентов это незабываемый красочный праздник!

Этот раздел мы создали, чтобы поделиться с Вами нашим миром Воздухоплавания.

ПАРТНЁРЫ

Фирма Авиатрон
www.aviatron.ru
FORECA - прогноз погоды
www.foreca.com
Федерация Воздухоплавания России
www.ballooning.ru