Точно не известно, когда и где был поднят первый монгольфьер. Сенсационное открытие было сделано в 1973 году: в древней стране инков, на территории современного Перу, на наскальных рисунках нашли изображение воздушного шара с оболочкой в виде тетраэдра с подвешенной к нему снизу двухместной гондолой - челноком. Более того, были показаны этапы подготовки монгольфьера к полету, разведение костра, наполнение оболочки горячим воздухом и совершение полета. Указывались даже сравнительные размеры оболочки. Выполненный по такой схеме нашими современниками воздушный шар был поднят в воздух, он оказался вполне жизнеспособным, набрав высоту сто метров за одну минуту.
В XIV столетии монах Альберт Саксонский писал, что дым костра гораздо легче воздуха и вследствие расширения воздуха под влиянием огня поднимается в нем.
В XVI веке английский ученый Скалигер предлагал сделать из тончайшего золота оболочку и наполнить ее горячим воздухом. Еще через сто лет появился роман Сирано де Бержерака «Иной свет, или Государства и империи Луны», в котором наряду с целым рядом интересных проектов летательных аппаратов для воздушных путешествий описано устройство, похожее на монгольфьер. Герой романа с помощью двух герметических, наполненных дымом оболочек долетает почти до самой Луны, где выпускает дым, и, пользуясь оболочками как парашютом, спокойно опускается на ее поверхность.
И все же отсчет принято вести с 5 июня 1783 года, когда во французском городе Аннон братья Этьен и Жозеф Монгольфье подняли в воздух шелковый шар объемом 600 кубических метров. Оболочка шара изнутри была оклеена бумагой, а на нижнем его отверстии была укреплена решетка из виноградных лоз, которая устанавливалась на подмостках. Под подмостками был разведен костер, и горячий воздух с дымом поднял шар на высоту двух километров. Вот почему произошло название монгольфьер в отличие от шарльера, названного в честь профессора Шарля, запустившего 27 августа 1783 года шар, наполненный водородом.
Вскоре после второго рождения воздушных шаров появились комбинированные конструкции, сочетающие в себе достоинства обеих традиционных. Оболочка была поделена на две части. Верхняя наполняется легким и негорючим гелием, а нижняя -горячим воздухом. Подогревая его в ходе полета пропаном, этаном или керосином, сжигаемым в специальных горелках, аэронавты регулируют высоту полета. Этот тип воздушных шаров называют иногда розьерами - в честь одного из первых воздухоплавателей Жана Франсуа Пилатра де Розье, погибшего в 1785 году, когда его шар, наполненный смесью горячего воздуха и водорода, загорелся в полете.
Выбор топлива для нагрева воздуха в оболочке является определяющим фактором в летно-технических характеристиках монгольфьеров. Ведь чем большей теплотой сгорания обладает килограмм топлива, тем меньше топлива необходимо брать в полет, тем лучшими летно-техническими характеристиками будет обладать монгольфьер: он сможет дольше находиться в воздухе, пролетит большее расстояние или поднимется на большую высоту.
Наши предшественники для нагрева воздуха вначале использовали все, что могло гореть, - ветви деревьев, солому, уголь и т д. В дальнейшем перешли к нефти, горючим газам, древесному углю. Выбиралось то топливо, которое могло быстро и эффективно прогреть воздух в монгольфьере, быть дешевым и доступным.
В итоге остановились на смеси пропана с бутаном в равных долях. Она, правда, несколько хуже чистого пропана, так как обладает меньшей испаряемостью и горелки приходится оснащать дополнительными устройствами для увеличения испаряемости.
Неузнаваемо изменились и горелки. Теперь это устройства, насыщенные регулирующими и контролирующими механизмами, автоматически поддерживающими необходимую температуру горячего воздуха в оболочке.
Однако воздух в оболочке можно нагреть, не только сжигая какое-либо топливо на борту воздушного шара. Есть еще один источник тепла - солнце. И если оболочку выкрасить в черный цвет, то она будет аккумулировать солнечную энергию. По такому принципу в 1973 году в США построили монгольфьер «Солар файрфлай», который совершал полеты с использованием только энергии солнечных лучей. Во Франции был разработан ряд воздушных шаров, использующих инфракрасное излучение солнца. Они получили название МИР. Основное их отличие в том, что воздух в оболочке нагревается не только атмосферной радиацией инфракрасного диапазона, но и земной.
Оболочка МИР разделена на две части. Верхняя часть практически не излучает инфракрасной радиации ввиду особого покрытия внешней поверхности оболочки, например, алюминированным майларом, поэтому тепло скапливается под ней. Нижняя часть выполнена из прозрачной полиэтиленовой пленки с отверстием внизу. Когда такой аэростат летит над районом земли, где вверх направлен тепловой поток, то оболочка нагревается и появляется дополнительная аэростатическая подъемная сила. Днем воздушный шар поднимается, ночью опускается, но не до земли, а до некоторой высоты, где излучение земли достаточно для поддержания повышенной температуры воздуха в оболочке.
Конечно, высота полета воздушного шара будет зависеть от многих факторов: широты местности и сезонов года, ясности неба и времени суток и т д. В стратосфере аэростатическая подъемная сила от тепла солнца и земли всегда положительна, то есть воздушный шар может летать над всей поверхностью земли днем и ночью.
Высоту полета днем и ночью позволяет изменить воздушный клапан, находящийся в верхней части оболочки и управляемый небольшим двигателем, питаемым от бортового источника энергии. Когда клапан открыт, теплый воздух в оболочке замещается холодным, поступающим через нижнее отверстие, диаметр которого больше диаметра клапана. Причем объем оболочки остается постоянным.
Многодневные полеты на воздушных шарах стимулировали состязательный дух аэронавтов. Многие энтузиасты воздухоплавания мечтали совершить полет вокруг Земли. Сначала предпринимались попытки перелететь какой-либо океан. Наиболее подходящим оказался Атлантический, северная часть которого испещрена многочисленными воздушными и морскими трассами. Это облегчало наблюдение за полетом и поиск смельчаков, рискнувших совершить перелет Атлантики.
14 сентября 1984 года 58-летний американец Д. Киттинджер, в прошлом военный летчик-испытатель, стартовал из города Карибу в штате Мэн, и благодаря сильному попутному ветру примерно через 70 часов оказался у берегов Франции. Трасса его полета пролегла над Ньюфаундлендом, затем южнее Гренландии и перед Ирландией круто повернула на юго-восток. Это несколько затруднило выбор места посадки, так как над Европой аэронавт оказался значительно южнее тех мест, где планировалось приземление.
Пролетев вдоль северных отрогов Пиренеев и Средиземноморского побережья Франции, он приземлился в лесистой местности возле итальянского города Савона. Финиш был трудным, аэронавта выбросило из гондолы с высоты трех метров, он сломал ногу и был сразу же доставлен в госпиталь.
В 1998 году рекорд пребывания в полете поставил Стив Фоссетт. Отправился он в полет в новогоднюю ночь, обвешав всю гондолу баллонами с пропаном, чтобы подольше подогревать воздух в оболочке. Однако в полете с ним приключилась неприятность -отказала компьютерная система отопления кабины и он стал мерзнуть. Пришлось спуститься в более теплые слои атмосферы. На высоте 914 метров воздухоплаватель пересек российскую границу в районе Анапы. Через некоторое время от него поступил сигнал об экстренном снижении - техника окончательно отказала, и он был вынужден приземлиться возле хутора Гречаная Балка, что в Краснодарском крае.
Рекордсменом же 1998 года оказался международный экипаж в составе швейцарца Бертрана Пикара. бельгийца Бима Верстраэтена и англичанина Энди Элсона. Стартовав из Европы в небеса без особой шумихи на шаре «Брайтлинг Орбитер-2», они пролетели более двадцати тысяч километров. Но, попав в неблагоприятные метеоусловия, были вынуждены приземлиться в Бирме.
Ажиотаж нарастал. В 1999 году один за другим стартовали экипажи из разных стран и чаще всего терпели неудачу. Основная борьба разгорелась между европейцами. Британцы Энди Элсон и Колин Прескот, стартовав первыми из Испании 17 февраля 1999 года, провели в воздухе более двенадцати суток, побив мировой рекорд продолжительности и дальности полета, но все-таки были вынуждены приземлиться - кончилось топливо.
Вслед за рекордсменами устремился другой воздушный шар, стартовавший 1 марта, в воскресенье утром, из швейцарского местечка Шато д"Э с той же целью - совершить беспосадочный облет нашей планеты. Его командором стал внук знаменитого швейцарского ученого и путешественника Огюста Пикара Бертран. Стартовать своевременно, то есть в канун Нового года, ему помешали две причины: неблагоприятная погода и отсутствие разрешения Пекина на пролет воздушного пространства КНР.
Отсеки «Орбитера-3» были наполнены не гелием, а пропаном, поэтому он оказался больше и тяжелее, чем шар Элсона и Прескота. Его высота была 55 метров, а весил он 9 тонн. Зато он смог взять большие запасы горючего, и это, в конце концов, себя оправдало.
«Пикар и его напарник, британский пилот Брайан Джонс, надеялись облететь Землю за 16 суток, - пишет в журнале «Техника - молодежи» С. Николаев, - имея в виде преимущества разрешение на пролет над южной частью Китая. Однако экспедиция складывалась далеко не просто. Стартовать пришлось при сильном наземном ветре, не дожидаясь хорошей погоды, поскольку Пикар боялся упустить попутные стратосферные течения. Сразу же после старта их понесло к Испании. Однако им удалось немного выправить направление полета, попасть над Мавританией в попутное воздушное течение, которое направило их в сторону Индии. Китая и через Тихий океан к Калифорнии...
Несколько раз шар обмерзал и начинал стремительно терять высоту. Наблюдались также неполадки в системах снабжения кислородом и управления шаром...
Лишь когда воздушный шар «Орбитер-3» на восемнадцатый день миновал американский континент и оказался над Атлантикой, воздухоплаватели стали всерьез надеяться на благополучный исход своей экспедиции. Надежда придала им силы, которые к тому времени находились уже на исходе. Аэронавты докладывали на контрольный пункт, что у них вышел из строя один из обогревателей, и температура на борту не превышает восьми градусов Цельсия. Оба сильно простужены. Бертран Пикар, по основной профессии врач-психиатр, был вынужден даже прибегнуть к гипнозу, чтобы восстановить силы».
21 марта около десяти часов утра невероятно усталые воздухоплаватели, пролетев более сорока тысяч километров, смогли покинуть свою тесную кабину. «Орел совершил посадку», - радировали они в Швейцарию, приземлившись неподалеку от деревушки Мут, что в 800 километров юго-западнее Каира.
Итак, рекорд установлен. О чем же теперь мечтать современным воздухоплавателям? О перелете через оба полюса? Или устроить гонки на шарах вокруг земного шара - кто совершит кругосветное путешествие быстрее? Вероятно, логичнее пойти по другому пути. Специалисты НАСА построили для астрономических исследований гигантский аэростат, похожий на тыкву. Его диаметр - около 128 метров, а высота - 78. Одна из попыток весной 2001 года закончилась неудачей. Шар опустился из-за утечки, поднявшись на высоту 20 километров. Предполагается, что подобный гигант будет плавать на высоте 35 километров с 1350 килограммами научной аппаратуры и оставаться в воздухе до ста дней. И за это время, при наличии благоприятных ветров, раз пять облетит вокруг нашей планеты.
При этом все управление будет осуществляться по радио и с помощью автопилота. Предусматривается использование солнечных батарей для питания бортовых систем. Запуск шара обойдется как минимум втрое дешевле, чем запуск спутника, причем аппаратуру, спускаемую на парашюте, можно использовать несколько раз.
Другой оригинальный проект предложили американские студенты-дизайнеры Эрик Рейтер и Дэвид Гудвин: 180-метровый воздушный корабль поплывет в небесах подобно клиперу. Нижняя часть его вертикальной структуры послужит килем-стабилизатором, в то время как наполненные гелием понтоны центральный и два боковых станут работать как паруса. Аэростат-гигант можно будет использовать в качестве научной базы или туристического воздушного судна.
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.
На все тела в воздухе (как и в жидкости) действует выталкивающая (архимедова) сила. Чтобы убедиться в этом, проделаем следующий опыт. Уравновесим на весах сосуд, наполненный сжатым воздухом и закрытый пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка, соединенная с пустой оболочкой резинового шарика (рис. 138, а
). Если открыть кран на трубке, то сжатый воздух наполнит шарик и он увеличится в объеме. Как только это произойдет, мы увидим, что равновесие весов нарушится (рис. 138, б
). Произойдет это потому, что на шарик начнет действовать дополнительная выталкивающая сила и его вес уменьшится.
Чтобы найти архимедову (выталкивающую) силу, действующую на тело в воздухе, надо плотность воздуха ρ возд
умножить на ускорение свободного падения g
= 9,8 Н/кг и на объем V
тела, находящегося в воздухе:
F A = ρ возд gV
Если эта сила окажется больше силы тяжести, действующей на тело, то тело взлетит. На этом основано воздухоплавание.
Летательные аппараты, применяемые в воздухоплавании, называют аэростатами. Различают управляемые, неуправляемые и привязные аэростаты. Неуправляемые аэростаты свободного полета с оболочкой, имеющей форму шара, называют воздушными шарами. Управляемые аэростаты (имеющие двигатель и воздушные винты) называют дирижаблями. Привязные аэростаты соединяют с землей тросом, не позволяющим аппарату совершать горизонтальные перелеты.
Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть, например, водород, гелий или нагретый воздух.
Первая попытка подъема в воздух на большом шаре, наполненном дымом, была предпринята в 1731 г. русским подьячим Крякутным в Казани. За этот полет церковники изгнали Крякутного из родного города, и о его шаре вскоре забыли.
Во Франции первый воздушный шар (монгольфьер), который с успехом стали применять в целях воздухоплавания, был построен лишь 52 года спустя братьями Ж. и Э. Монгольфье. Для наполнения шара они использовали горячий воздух. Убедившись, что шар может летать, братья Монгольфье посадили в корзину воздушного шара овцу, петуха и утку. Эти животные и стали первыми воздухоплавателями. Осенью 1783 г. на этом же шаре отправились в свой первый (25-минутный) полет люди - Пилат де Розье и д’Арланд.
Для того чтобы определить, какой груз способен поднять воздушный шар, следует знать его подъемную силу. Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести:
F = F A - F Т
Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.
При нагревании воздуха от 0 °С до 100 °С его плотность уменьшается всего лишь в 1,37 раза. Поэтому подъемная сила шаров, наполненных теплым воздухом, оказывается небольшой. Заметив это, французский ученый Ж. Шарль предложил наполнять воздушный шар водородом - газом, плотность которого в 14 раз меньше плотности воздуха. Благодаря такой плотности подъемная сила водорода более чем втрое превышает подъемную силу нагретого воздуха того же объема.
Первый полет на воздушном шаре, наполненном водородом (рис. 139), состоялся в первый день зимы 1783 г. Диаметр шара составлял 8,5 м. Проведя в полете 2,5 ч, воздухоплаватели провели замеры давления и температуры воздуха на высоте 3400 м. Подобные измерения впоследствии стали играть важную роль в метеорологии. 
В России первые полеты на воздушном шаре были осуществлены в 1803 г. (сначала в Петербурге, затем в Москве).
Вначале полеты на воздушных шарах имели, как правило, развлекательный характер. Но затем аэростаты все больше и больше стали применять с научными (изучение атмосферы, метеорологические исследования) и военными (разведка, бомбардировка) целями, а также в качестве транспортного средства. В 1929 г. немецкий дирижабль «Граф Цепеллин» совершил с тремя промежуточными посадками кругосветный перелет протяженностью 35 тыс. км за 21 день. Средняя скорость полета при этом составила 177 км/ч.
В годы Великой Отечественной войны аэростаты («аэростаты заграждения») сыграли большую роль в противовоздушной обороне Москвы и Ленинграда.
Наполняя аэростат водородом, следует помнить, что этот газ обладает одним большим недостатком - он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь. Поэтому при полетах на воздушных шарах, наполненных водородом, следует соблюдать особую осторожность, иначе такой полет может закончиться трагедией. Одна из таких трагедий произошла в 1937 г., когда во время приземления взорвался немецкий дирижабль «Гинденбург», унеся с собой 36 человеческих жизней.
Негорючим и в то же время легким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.
Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъем аэростата прекращается. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (например, высыпают песок из мешков). При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей.
Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить. Это достигается путем уменьшения объема шара. В верхней части шара имеется специальный клапан. При открывании этого клапана часть газа из шара выходит, и шар начинает опускаться вниз.
Воздушные шары, предназначенные для полетов в стратосферу (т. е. на высоту более 11 000 м), называют стратостатами. Подъемная сила стратостатов должна быть достаточно велика. Поэтому их наполняют водородом, у которого она максимальна.
Теплый воздух также не утратил своего значения. Он удобен тем, что его температуру (а вместе с ней его плотность и, следовательно, подъемную силу) можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара. Увеличивая пламя горелки, можно заставить шар подниматься выше. При уменьшении пламени горелки шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.
В наше время ученые и конструкторы планируют использование аэростатов не только на Земле, но и на других планетах. Так, например, в 1985 г. советские автоматические межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2» доставили аэростаты на Венеру. Перемещаясь в ее атмосфере, эти аппараты передали на Землю ценную информацию о физических условиях на этой планете.
1. Что такое аэростаты? 2. Чем отличаются воздушные шары от дирижаблей? 3. Почему воздушные шары иначе называют монгольфьерами? 4. Какими газами наполняют аэростаты? Почему именно ими? 5. Какие летательные аппараты называют стратостатами? 6. Как определяется подъемная сила воздушного шара? 7. Как регулируют высоту подъема воздушного шара, наполненного теплым воздухом? 8. Шарик, наполненный гелием, был случайно отпущен ребенком. До каких пор этот шарик будет подниматься вверх?
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.
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
