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.
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.
Чернышова Екатерина, ученица 1 "А" класса МБОУ СОШ № 18
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
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.
Полет может длиться от 30 минут до 1 часа. Все зависит от скорости и направления ветра в день полета. Длительность полёта ограничена размерами нашего полётного района, включающего в себя Пушкинский район Санкт-Петербурга.
Выдают ли парашюты?
Парашюты не выдают, так как полёты проходят на относительно небольших высотах и, если Вам срочно понадобится на землю, быстрее и безопаснее будет совершить посадку на воздушном шаре .
Застрахованы ли пассажиры?
Тепловые аэростаты относятся к авиации общего назначения. А в авиации в обязательном порядке страхуются пассажирские места на воздушном судне. Поэтому, ступая на борт воздушного шара , Вы уже застрахованы.
Как давно вы летаете с пассажирами?
В Санкт-Петербурге более 5 лет.
Сколько пассажиров может лететь в корзине?
2-4 пассажира, в зависимости от их веса и лётного сезона.
Как выглядит весь процесс, начиная с момента встречи?
Путешествие по небу начинается с момента встречи начинающих воздухоплавателей с экипажем.
Далее мы отвозим наших пассажиров на место старта, этот этап занимает, как правило, не более получаса. После этого Вы можете наблюдать за наполнением аэростата воздухом и подготовкой команды к взлёту, или мы можем привезти Вас непосредственно к моменту старта, если Вы так желаете. Процесс подготовки воздушного шара к взлёту также занимает около получаса. После взлёта Вы можете любоваться достопримечательностями, полёт длится, как правило, от 30 до 60 минут в зависимости от направления и скорости ветра.
С момента взлёта по земле за летящим аэростатом поедет команда сопровождения, которая встретит Вас в месте вашего приземления и после традиционной церемонии посвящения в воздухоплаватели, которая займёт около 30 минут, мы отвезём Вас обратно к месту встречи.
Сколько времени займут у нас все мероприятия?
Весь процесс от момента встречи с командой до возвращения на место встречи может занять до трех часов. При этом пилот перед стартом может переносить полёт на необходимое время, с целью дождаться более комфортных погодных условий для взлёта. Мы рекомендуем Вам выделять для полёта время с запасом, не менее 5 часов, включая дорогу.
Могут ли мои друзья и близкие посмотреть на мой полет?
будут уникальными и единственными в своём роде.Любители полетов на воздушных шарах есть по всему миру, и они могут предложить путешествие на монгольфьере, как за деньги, так и за волонтерскую помощь их наземной команде. Если вы уже вкусили прелести таких полетов и теперь желаете самостоятельно дергать за стропы и разжигать горелку, путешествуя соло, то прежде вам необходимо пройти курс обучения и сертификации. Знакомство с принципами работы воздушного шара даст вам преимущество и поможет определиться – подходит ли вам это хобби.
Шаги
Часть 1
Базовые основы- Каждый, кто находится в корзине, должен иметь в виду, что воздушный шар может приземлиться в грязи или труднодоступной местности, а потому надетая одежда и обувь должны быть максимально комфортными.
-
Для того чтобы подняться выше, нужно выпустить больше пропана. Чтобы увеличить подачу пропана в огонь, нужно побольше открыть взрывной клапан на шланге, прикрепленном к газовому баллону, который обычно располагается прямо под горелкой. Чем больше вы откроете клапан, тем большее количество горячего воздуха устремится в шар и тем быстрее он поднимется. .
- Сброс балласта или любого тяжелого объекта, размещенного по бокам воздушного шара, уменьшит его полную плотность и также заставит подниматься ввысь. По понятным причинам этот прием не рекомендуется применять при полете над населенной местностью.
-
Изучаем, как оставаться на стабильной высоте. Как и любой объект, более теплый, чем окружающая его среда, воздушный шар остывает в течение длительного времени, что заставляет его постепенно снижаться. Чтобы оставаться на одной высоте, вы должны использовать один из приемов:
Чтобы опустить, откройте парашютный клапан. Помните, что парашютный клапан – это откидная створка на верхушке конверта. В обычном состоянии она герметично закрыта и, чтобы приоткрыть ее, нужно потянуть за стропу красного цвета, которая называется стропой разрыва. Это позволяет горячему воздуху выйти через верх. Пока шар не опустится до нужной отметки, держите стропу натянутой. Затем, отпустите ее, и откидная створка снова закроется.
Контролируем направление снижения или подъема. Напрямую влиять на направление движения воздушных шаров невозможно. Существуют несколько воздушных потоков, которые наслаиваются один на другой. Поднимайте или опускайте шар, улавливая разные перекрестные потоки воздуха, и он будет менять направление движения. Пилоты часто вынуждены изменять маршрут своего движения, подстраиваясь под нужные воздушные потоки.
Проверьте силу ветра. Знание того, когда полет следует отменить, очень важный фактор подготовки пилотов. Полет при сильном ветре чрезвычайно опасен, и осуществлять его запрещено. Новички должны придерживаться простого правила: летать либо в первые часы после восхода солнца, либо за несколько часов до заката, когда направление ветра более предсказуемо и его скорость невелика.
Проверьте наличие предметов жизнеобеспечения. В корзине должны быть как минимум: огнетушитель, аптечка, топографическая карта, авиационная карта, альтиметр (прибор для измерения высоты) и бортовой журнал, в котором пилот фиксирует все детали полета. Проверьте датчик пропана в баллонах. Вы должны быть уверены, что в них достаточно топлива для полета – обычно расход составляет около 30 галлонов (114 литров) в час. Для длительных полетов вам также понадобится радиостанция и возможно электронное навигационное оборудование.
Для взлета наполните шар. Чтобы оторваться от земли, почти всем воздушным шарам требуется помощь нескольких человек. Во-первых, горелку нужно закрепить на раме корзины и установить сбоку от конверта, который лежит на земле. Рот конверта поднять и расправить, и в в течение десяти минут с помощью мощного насоса закачивать воздух, который затем нагревается горелкой. Обычно, пока шар готовится к полету, корзина на земле удерживается людьми или привязывается к автомобилю. Когда пассажиры и пилот уселись в корзину, пилот выпускает из горелки мощную струю пламени и шар отрывается от земли.
Во время старта нужно быть предельно внимательным. Пилот должен быть очень сосредоточен и следить за тем, как надувается конверт, а наземная команда контролирует все стропы. Постоянно осматривайтесь по сторонам во всех направлениях, чтобы вовремя заметить деревья или другие объекты, на которые может наткнуться шар во время взлета. Как только почувствуете первый порыв ветра во время подъема, сразу же зафиксируйте свой взгляд на препятствии, которое расположено по курсу взлета и не отрывайтесь от него, пока шар не преодолеет препятствие. Это помогает быстро фиксировать отклонение от курса и немедленно на него реагировать, ускоряя взлет.
Изучите все погодные явления в районе полета. Для получения летного сертификата будущие пилоты воздушных шаров должны пройти тест по метеорологии, чтобы понимать, как взаимодействуют и влияют друг на друга температура, высота и влажность, а также, что могут рассказать вам о состоянии воздуха различные виды облаков. Конечно, перечислить все в этой инструкции не выйдет, но пару примеров можно привести:
- Существенные изменения в направлении ветра, когда вы поднимаетесь или спускаетесь, называются порывом ветра и требуют особого внимания, поскольку могут ускорить или замедлить ваше движение. Если сильный порыв ветра загасит пламя вашей горелки, зажгите ее снова и во избежание падения, как можно быстрее нагрейте шар.
- Если воздушный шар медленно реагирует на ваши действия, или вы замечаете, что воздух вместо того, чтобы устремлять вас вверх расходуется впустую, значит, вы попали в «инверсию» – состояние, при котором, чем выше вы поднимаетесь, тем теплее становится воздух вокруг вас. Компенсировать инверсию можно, увеличив количество нагреваемого воздуха или напротив, уменьшив, в зависимости от направления движения.
-
Проверяйте направление и скорость ветра, научитесь читать метеорологическую карту, используя эти данные для составления общей картины скорости и направления движения воздушных потоков. Чтобы узнать локальные условия, плюньте или брызните немного крема для бритья на край корзины.
Разбираемся – почему шар летает. Принцип действия воздушных шаров очень прост. Поскольку вы нагреваете воздух или любой другой газ, он становится менее плотным. Точно также, как пузырь воздуха, поднимающийся в аквариуме, горячий воздух будет подниматься над более плотным, холодным воздухом, который его окружает. Стоит подогреть воздух в шаре до нужной температуры, и он сам сможет поднять вверх и купол, и корзину вместе со всем ее содержимым.
Изучаем конструкцию шара. Его устройство настолько простое, что вы уже можете в нем запросто ориентироваться, то изучение необходимой терминологии поможет вам и вашей команде общаться друг с другом:
Одеваем защитную одежду. Пилот должен носить защитные очки, так как он будет находиться возле пламени. Также, пилот и команда должны быть одеты в прочные перчатки, одежду с длинными рукавами и длинные штаны, изготовленные из ткани, не содержащей нейлон, полиэстер и другие, легко воспламеняемые материалы.
