В предыдущей заметке «Судьба воздушного шарика» мы говорили о детских шариках-игрушках. Настало время вспомнить о шарах-гигантах, то есть о воздухоплавательных аппаратах, которые по-научному называются аэростатами. Термин «аэростат» указывает на то, что объект поднимается в воздух за счёт аэростатической подъёмной силы (есть еще аэродина-мическая подъёмная сила, благодаря которой летают самолеты). Напомним, что аэростатическая подъёмная сила — это результирующая сил тяжести и Архимеда.
К аэростатам относятся воздушные шары и дирижабли. О дирижаблях я расскажу позже, сегодня начнём с шаров. Воздушные шары бывают трёх типов: тепловые (монгольфьеры), газовые (шарльеры) и комбинированные (розьеры). Все типы шаров родились во Франции в одно и то же время (когда и как — узнаете за три «шага»)! Первый «шаг» пройдём вместе с монгольфьером.
Оболочка теплового воздушного шара незамкнута, в её нижней части имеется достаточно большое отверстие, через которое внутрь поступает горячий воздух — отсюда название «тепловой». При нагревании воздух расширяется, его плотность становится меньше плотности окружающего атмосферного воздуха, и шар «всплывает» вверх (смотрите заметку «Можно ли плавать в воздухе?»).
Тепловой шар был изобретён сыновьями бумажного фабриканта, талантливыми экспериментаторами братьями Монгольфье. Первый полёт монгольфьера состоялся в городке Анноне в июне 1783 года. По оценке очевидцев шар поднялся на высоту 1-2 км, провёл в воздухе приблизительно10 минут и приземлился на расстоянии около 2 км от места взлёта. Отчёт об этом полёте был направлен во французскую Академию наук. В сентябре того же года в Версале в присутствии короля Людовика XVI был произведён торжественный запуск монгольфьера с тремя пассажирами на борту: овцой, курицей и уткой ☺. Обратите внимание на рисунок: оболочка шара тогда заполнялась дымом!
Любопытно, что братья Монгольфье не имели ясного представления о физической силе, поднимающей шар в воздух. Первоначально, они хотели создать искусственное «облако», наполняя оболочку паром. А оболочку в первых опытах они изготавливали из бумаги! Естественно, бумага намокала и рвалась. Ознакомившись с опытами химиков над лёгкими газами, братья решили попробовать в качестве наполнителя водород. Но водород быстро «вытекал» через оболочку (как бумажную, так и тканевую) наружу. Наконец, они решили использовать дым от костра. Идея применить дым возникла благодаря тому, что в те годы некоторые считали, будто дым отталкивается от земли за счёт своей электрической заряженности. И —о, чудо, —идея сработала! Хотя и была основана на неверных представлениях. На самом деле, причиной подъёма дыма является конвекция: теплые объёмы воздуха с частичками гари «всплывают», а холодные объёмы «тонут». Однако, ошибочные мысли не умаляют технических достижений братьев Монгольфье!
В настоящее время монгольфьеры применяют как развлекательный аттракцион. Прогулку на воздушном шаре от взлёта до посадки можно увидеть по ссылке https://youtu.be/_q_O6uW_cEw. (Особенно интересно посмотреть процесс подготовки теплового шара к полёту.) Также гляньте, какое море туристических шаров можно увидеть одновременно в небе над живописными районами Турции: https://youtu.be/7dolJYDQfeI (тайм-код 0:45-1:12). Почему использование открытого пламени не приводит к возгоранию монгольфьера? Об этом можно узнать, посмотрев видео на канале Галилео: https://youtu.be/3MmXxXVCJ5w.