Полет на воздушном шаре

Человек всегда мечтал о полётах. Во сне все летали, а наяву как то не очень. Непреодолимое желание испытать чувство полёта наяву толкало пытливые умы на изобретение разных устройств.

История с крыльями достаточно технологически сложная, самоделки летали, но не далеко, да и приземление отдельная тема. И вот в какой то момент какому то чудаку пришла в голову мысль - собрать дым от костра в мешок и с помощью него взлететь. Как только он до этого додумался? Неизвестно взлетел он или нет, но его старания не пропали даром. В настоящий момент полёты на воздушном шаре доступны и относительно безопасны. Те, кто попробовал, никогда не забудут об испытанных эмоциях.

Но меня интересуют не эмоции, а то, почему воздушный шар, оснащенный оболочкой, газовой горелкой, корзиной, в которой находятся люди, взлетает. Из школьных уроков физики известно , что горячий воздух легче обычного, это из личных воспоминаний. И то же самое все взрослые говорят своим детям, рассказывая о данном явлении. Очень интересно. Значит при нагреве вещества уменьшается его масса. Происходит ведь только нагрев. Где механизм уменьшения массы? Как уменьшается масса? Куда девается вещество, имеющее ту самую убираемую массу?

Ответ один: «Будешь изучать физику узнаешь». Нет, не узнаешь. Там такого нет.

Нежелание вдаваться в подробности или не знание приводит к тому, что у детей сразу складывается неверное представление о процессах, которые происходят постоянно, в окружающей нас среде.

Что же все таки происходит? При нагреве вещества увеличивается его объём, это достаточно хорошо известно и такой эксперимент легко повторить. Почему происходит увеличение объёма, рассмотрим позже. При увеличении объёма и той же массе меняется плотность вещества и этот процесс наиболее ярко и динамично наблюдается в газах. При нагреве газовой смеси внутри оболочки шара происходит увеличение объёма каждой частички газа. И в результате в оболочку помещается гораздо меньше по массе газовой смеси. Объём тот же, масса газа меньше плотность резко снижается, снижается и «относительная плотность» всего устройства в которое входит оболочка, корзина, горелка, топливо, люди примерной массой 300-400 кг. Т.е. из оболочки шара необходимо вытеснить газовой смеси общей массой больше чем нагрузка. Необходимый объём оболочки можно рассчитать и это внушительные размеры, и тот, кто видел такие устройства вблизи, это подтверждают.

Плотность снизилась, а дальше что? А дальше возникает подъёмная сила, такая же, как и в жидкой среде. В жидкой среде эту силу называют выталкивающей или силой Архимеда. Окружающий воздух оказывает давление на оболочку шара со всех сторон и чем больше геометрические размеры, тем больше будет подъёмная сила. Такое же воздействие окружающая газовая среда оказывает и на каждую разогретую частицу газа находящуюся внутри оболочки, здесь оболочка выполняет роль «паруса», улавливающего «ветер» из разогретых газовых частиц.

На примере с воздушным шаром видно, что при нагреве вещество увеличивает свой объём и ещё, пожалуй, самое главное то, что при изменении свойств одного предмета тут же окружающая среда реагирует на изменённые свойства и качественно другим способом.

Естествознание подталкивает нас к осознанию того, что в окружающей нас среде все взаимосвязано. Пример с воздушным шаром, пожалуй, самый простой, а разобравшись с простым, сложного не возникнет.