У каждого взрослого в глубине души лежит воспоминание о ярком воздушном шарике, рвущемся в небо. Наверное, поэтому и сейчас подаренный шар дарит хорошее настроение и улыбку.
Воздушный шарик является непременным атрибутом дней рождений, свадеб и любых других торжеств. А уж детский праздник представить без него абсолютно невозможно. В чем же заключается его волшебство? Может быть, в стремлении ввысь, в легкости, с которой он поднимается к небу?
Современные шарики, умеющие летать, наполняют газом. Его плотность значительно меньше плотности воздуха, что позволяет ему взлетать все выше и выше. Газ, имеющий меньшую плотность, заполняет внутреннее пространство шарика и на него действует выталкивающая сила воздуха.
Самые обычные шарики можно надуть ртом. Но такие шары не могут лететь вверх, так как плотность углекислого газа, выдыхаемого человеком, ниже плотности воздуха. Для полета им требуется ветер. А вот легкий газ позволяет шарику самостоятельно устремляться вверх.
История появления воздушных шаров насчитывает не одну сотню лет. Существуют упоминания о мешках из выделанной карельскими умельцами кожи быков, наполненных теплым газом, с помощью которых они перемещались на небольшие расстояния. Датируются эти свидетельства XII веком, однако точных подтверждений их истинности ученые не обнаружили.
А вот документально подтвержденная хроника рождения воздушных шаров:
Сейчас шарики выпускаются не только из латекса, но и из фольги — различной формы и размеров. Для надувания используется гелий или смесь гелия и воздуха, гарантирующая полную безопасность и придающая шарикам возможность улетать далеко в небо.
Чернышова Екатерина, ученица 1 "А" класса МБОУ СОШ № 18
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Проект по теме: «Почему летает воздушный шарик?» Выполнила: ученица 1 класса «А» МБОУ СОШ № 18 Чернышова Екатерина Александровна Научный руководитель: Диденко Ольга Наилевна
Актуальность: воздушные шарики можно встретить на любом празднике Цель: определить причину того, почему воздушный шарик поднимается вверх. Гипотеза: разные свойства газа внутри шарика и воздуха снаружи толкают шарик вверх.
Задачи узнать, каким веществом наполнен воздушный шарик рассмотреть понятие плотности через массу исследовать различными методами плотность доступных в доме веществ Методы и способы: опыты в доступных условиях.
Воздушный шарик наполнили гелием. Он взлетает, потому что плотность гелия меньше плотности воздуха (условие плавания тел).
Плотность показывает, какая масса вещества содержится в единице объема. Чем больше масса, тем больше плотность вещества. ρ (ро) - кг/м³
М асса воды – Мв М асса масла – Мм Мв >Мм => ρ в > ρ м П лотность воды – ρ в П лотность воды – ρ м Мв =114 г Мм=108 г
ρ в > ρ м Исходя из условия плавания тел
Исходя из условия плавания тел ρ д – плотность дерева, из которого сделан кубик ρ в > ρ д
Вывод: воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх, так как его плотность меньше плотности воздуха. Я доказала на основе определения плотности, что плотность масла меньше плотности воды. Также провела опыты и сравнила плотность разных доступных веществ.
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 :
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Воздушный шар положил начало гражданской авиации. Принцип его работы не изменился по сей день: отсутствует и двигатель, и руль для управления. Есть лишь купол с корзиной, горелка и мешки с песком.
Воздушный шар воплотил древнейший замысел человека о подчинении воздушной стихии. Первое описание аэростата было сделано в 1306 году французским миссионером Бассу, который стал свидетелем его подъема в воздух в Китае, в день восхождения на престол императора Фо Киена.
И все же родиной аэростата признается Франция, а его первыми изобретателями — братья Этьен и Жозеф Монгольфье. В 1783 году в городе они произвели запуск сконструированного ими шарообразного аэростата 3,5 метров в диаметре и массой 155 кг, наполненного горячим воздухом. Его полет протекал всего 10 минут на высоте 300 м, а пройденный путь составил около километра.
Купол аэростата братьев Монгольфье был выполнен из льняной ткани и оклеен бумагой. Для подогрева воздуха был разведен костер из мелко нарезанной соломы. А спустя недолгое время устройство агрегата дополнилось специальной корзиной для путешественников.
Подъем в воздух первого аэростата стал небывалым событием для той эпохи. В честь их создателей агрегаты стали называть монгольфьерами.
Современные агрегаты производятся из более технологичных материалов, но схема осталась той же, что и братьев Монгольфье. Для пошива оболочки больше не используется лен и бумага, их заменил тонкий и прочный полиэфирный материал. Вместо костра в корзину под купол устанавливается регулируемая газовая горелка.
Это главная часть воздушного шара, которая сшивается из отдельных кусков материи в колонки, которые затем прочно прикрепляются друг к другу. В качестве материала изготовления используется высокопрочный полиэстер или полиамидная ткань. С внутренней стороны она обрабатывается силиконовой пропиткой, что не позволяет проникать и уходить газу.
Купол надувается за счет поступления нагретого газа: воздуха, водорода или иного, и за счет его поднимается в небо на нужную высоту. Газ подается через технологическое отверстие в нижней части купола. Для безопасности это отверстие обрабатывается специальной жароустойчивой лентой. Устройство оснащается также специальным клапаном, который используется для вывода наружу горячего газа при снижении и приземлении.
Снаружи конструкции фиксируются ленты нагрузки. К верхней части купола они крепятся с помощью кольца, а внизу присоединяются к подвесным канатам. В итоге образуется надежный каркас, который может иметь различный объем и поднимать груз разной массы.
Это технологический элемент аэростата, обеспечивающий подогрев газовой смеси, подъем агрегата в воздух, а также поддержание заданной температуры при полете.
Работает горелка на жидком пропане, который поступает к ней из цилиндров, нагреваясь, становится газообразным и подается непосредственно в шар.
Современные горелки очень мощные, порядка 6000 МВт, производятся из нержавеющей жаропрочной стали. Они не опасны в эксплуатации, поскольку оснащены специальной защитой от ожогов.
Предназначена для переноса путешественников и грузов. Необходимо обеспечить ее легкость, и в то же время прочность, поэтому каркас ее выполняется из лозы, а дно — из непромокаемой фанеры. С куполом корзина соединяется стальным тросом. Чтобы воздух не охлаждался, устанавливаются полиуретановые стояки, которые вместе с тросом закрываются специальными оболочками.
В углу корзины размещаются и закрепляются на ремнях цилиндры с газом. Обязательно изготавливаются отсеки для огнетушителя и необходимых в путешествии аксессуаров.
С наружной части на корзину навешивается балласт — мешки с песком. Их сбрасывают в том случае, ели необходимо увеличить высоту полета.
Тепловые аэростаты по-прежнему величают монгольфьерами. Подъем их осуществляется за счет подачи горячего воздуха.
В газовых подъемная сила создается легкими газами и их смесями. По-другому их называют шарльерами по имени сконструировавшего их француза Жака Шарля. В 1783 г он впервые с успехом испытал воздушный шар, наполняемый водородом.
Комбинированные аэростаты в полете используют как горячий воздух, так и газовую смесь. Для этого они оснащены двумя оболочками. Разработал такую схему французский физик Пилатр де Розье. К сожалению, изобретатель с помощником погибли во время испытательного полета в 1785 г, но его устройства используются и получили название розьеров.
В 1999 англичанин Брайан Джонс и швейцарец Бертран Пиккар на розьере отправились в первое в истории кругосветное путешествие и благополучно вернулись из него.
Принцип полета аэростата основан на законах физики. Воздух или газ, поступающие в оболочку, имеют температуру выше, чем в окружающей среде, а плотность ниже. Соответственно, под действием выталкивающей силы он устремляется вверх. На определенной высоте действие силы тяжести уравновешивает выталкивающую силу и аэростат «зависает» в небе.
Разумеется, шар очень зависит от ветра. Однако большинство современных агрегатов поддаются управлению. Высота полета задается при помощи выпускного клапана в вершине оболочки, а для изменения направления движения используется боковой клапан.
Управление аэростатом — непростое занятие, оно требует обучения и тщательной подготовки. Большое значение имеют метеорологические условия, такие как видимость, облачность, направление и скорость ветра. На основе этой информации и выстраивается маршрут. На пути движения обязательно должны быть участки, пригодные для совершения посадки, поскольку во время путешествия не исключено возникновение непредвиденных обстоятельств.
Для осуществления старта выбирают ровную территорию, удаленную от жилых объектов, деревьев, столбов и линий электропередачи.
По окончании сборки купол наполняют холодным воздухом с помощью вентилятора. Затем включают горелку. Горячий воздух отрывает шар от поверхности, и экипаж занимает свои места.
Если полет производится на привязном аэростате, его предварительно фиксируют на поверхности.
Для контроля за полетом требуются хорошие навыки. Для увеличения высоты производится подогрев воздуха путем запуска горелки, а для уменьшения – открывается выпускающий клапан. Движение в боковом направлении происходит за счет попутного ветра. Чтобы двигаться скорее, пилот может подняться повыше, где скорость ветра больше.
Для приземления заранее подбирают площадку, большую и безопасную. Пилот выпускает воздух из купола при помощи клапана и воздушный шар потихоньку опускается на поверхность.
Примечательным является то, что если аэростаты столкнутся друг с другом в воздухе, то… ничего не произойдет. Они просто оттолкнутся и полетят дальше. Да и столкнуться им весьма сложно, ведь они путешествуют по направлению ветра — в одну и ту же сторону.
Сила Архимеда, или выталкивающая сила, действует не только в жидкостях (например, воде), но и в газах (например, воздухе). Но из-за того, что плотность воздуха (1,29 кг/м 3) намного меньше чем воды (1000 кг/м 3), выталкивающая сила здесь незначительна.
Именно поэтому многие предметы не плавают в воздухе, как в воде. Сила тяжести, действующая на тела, оказывается сильнее выталкивающей силы воздуха.
Однако, как и в воде, чем больший объем занимает тело при неизменной массе, то есть чем больше понижается его средняя плотность, тем больше на него будет действовать выталкивающая сила.
Кроме того, существуют газы, плотность которых меньше, чем воздуха. Такими являются водород и гелий. Также сам воздух при нагревании расширяется, и его плотность уменьшается.
Если заполнить более легким, чем воздух, газом воздушный шар, то выталкивающая сила воздуха поднимет его вверх. Но так как выталкивающая сила воздуха не велика, материал шара имеет ощутимую массу, и к шарам крепят корзины с людьми и другими грузами, то сами шары должны быть огромными. В них должно содержаться достаточное количество более легкого газа, заполняющего большой объем, чтобы выталкивающая сила, действующая на этот объем, превзошла вес всего воздушного шара.
В настоящее время летательные воздушные шары заполняют обычно гелием, так как он не горит, как водород, поэтому безопасен. Раньше воздушные шары заполняли нагретым воздухом. Под шаром находилась горелка. Уровнем огня в ней можно было регулировать высоту, на которую поднимется шар.
Воздух с высотой становится более разреженным, т. е. менее плотным. Поэтому воздушные шары не могут подниматься высоко.
