Tutte le particelle d'aria nell'atmosfera sono attratte dalla forza di gravità verso il basso. Ma la pressione nell'aria crea una forza verso l'alto che lavora in opposizione alla forza di gravità. La densità dell'aria si sviluppa a qualsiasi livello bilancia la forza di gravità, perché a questo punto la gravità non è abbastanza forte da abbattere un numero maggiore di particelle.
Questo livello di pressione è più alto proprio sulla superficie della Terra perché l'aria a questo livello sostiene il peso di tutta l'aria sopra di essa - più peso sopra significa una maggiore forza gravitazionale verso il basso. Mentre ti muovi attraverso i livelli dell'atmosfera, l'aria ha meno massa d'aria sopra di essa, e quindi la pressione di bilanciamento diminuisce. Questo è il motivo per cui la pressione diminuisce man mano che si sale di quota.
Questa differenza di pressione dell'aria provoca una forza di galleggiamento verso l'alto nell'aria intorno a noi. Essenzialmente, la pressione dell'aria è maggiore sotto le cose che sopra le cose, quindi l'aria spinge verso l'alto più di quanto non spinga verso il basso. Ma questa forza di galleggiamento è debole rispetto alla forza di gravità:è forte solo quanto il peso dell'aria spostata da un oggetto. Ovviamente, quasi tutti gli oggetti solidi saranno più pesanti dell'aria che spostano, quindi la forza di galleggiamento non lo sposta affatto. La forza di galleggiamento può muovere solo cose che sono più leggere dell'aria che le circonda.
Per galleggiare per spingere qualcosa in aria, la cosa deve essere più leggera di un uguale volume d'aria intorno ad essa. La cosa più ovvia che è più leggera dell'aria è niente. Un vuoto può avere volume ma non ha massa, e così, sembrerebbe, un pallone con un vuoto all'interno dovrebbe essere sollevato dalla galleggiabilità dell'aria che lo circonda. Questo non funziona, però, a causa della forza della pressione dell'aria circostante. La pressione dell'aria non schiaccia un palloncino gonfiato, perché l'aria all'interno del pallone spinge fuori con la stessa forza dell'aria esterna che spinge dentro. Un vuoto, d'altra parte, non ha alcuna pressione esterna, poiché non ha particelle che rimbalzano contro nulla. Senza una pressione uguale per bilanciarlo, la pressione dell'aria esterna schiaccerà facilmente il palloncino. E qualsiasi contenitore abbastanza forte da resistere alla pressione dell'aria sulla superficie terrestre sarà troppo pesante per essere sollevato dalla forza di galleggiamento.
Un'altra opzione sarebbe quella di riempire il pallone con aria meno densa dell'aria circostante. Poiché l'aria nel pallone ha una massa per unità di volume inferiore a quella dell'aria nell'atmosfera, sarebbe stato più leggero dell'aria che stava spostando, quindi la forza di galleggiamento solleverebbe il pallone. Ma di nuovo, un minor numero di particelle d'aria per volume significa una pressione dell'aria inferiore, quindi la pressione dell'aria circostante avrebbe schiacciato il palloncino fino a quando la densità dell'aria all'interno era uguale alla densità dell'aria all'esterno.
" " Ci sono meno particelle d'aria per unità di volume all'interno del pallone, ma poiché quelle particelle si muovono più velocemente, la pressione dell'aria interna ed esterna è la stessa.
Tutto ciò presupponendo che l'aria nel pallone e l'aria all'esterno del pallone esistano esattamente nelle stesse condizioni. Se cambiamo le condizioni dell'aria all'interno del pallone, possiamo diminuire la densità, mantenendo la stessa pressione dell'aria. Come abbiamo visto nell'ultima sezione, la forza della pressione dell'aria su un oggetto dipende dalla frequenza con cui le particelle d'aria si scontrano con quell'oggetto, così come la forza di ogni collisione. Abbiamo visto che possiamo aumentare la pressione complessiva in due modi:
Aumentare il numero di particelle d'aria in modo che ci sia un numero maggiore di impatti di particelle su una data superficie.
Aumentare la velocità delle particelle in modo che le particelle colpiscano un'area più spesso e ogni particella si scontri con una forza maggiore.
Così, per abbassare la densità dell'aria in un pallone senza perdere la pressione dell'aria, devi semplicemente aumentare la velocità delle particelle d'aria. Puoi farlo molto facilmente riscaldando l'aria. Le particelle d'aria assorbono l'energia termica e diventano più eccitate. Questo li fa muovere più velocemente, il che significa che si scontrano con una superficie più spesso, e con maggiore forza.
Per questa ragione, l'aria calda esercita una maggiore pressione dell'aria per particella rispetto all'aria fredda, quindi non hai bisogno di tante particelle d'aria per costruire allo stesso livello di pressione. Quindi una mongolfiera si alza perché è piena di caldo, aria meno densa ed è circondata da aria più fredda, aria più densa.
Storia della mongolfiera
L'idea alla base delle mongolfiere esiste da molto tempo. Archimede, uno dei più grandi matematici dell'antica Grecia, capito il principio di galleggiamento più di 2, 000 anni fa, e potrebbe aver concepito macchine volanti sollevate dalla forza. Nel XIII secolo, lo scienziato inglese Roger Bacon e il filosofo tedesco Albertus Magnus hanno entrambi proposto ipotetiche macchine volanti basate sul principio.
Ma nulla è realmente decollato fino all'estate del 1783, quando i fratelli Montgolfier mandarono una pecora, un'anatra e un pollo su un volo di otto minuti sopra la Francia. I due fratelli, Giuseppe ed Etienne, lavorava per la prestigiosa cartiera di famiglia. Come progetto parallelo, iniziarono a sperimentare con recipienti di carta sollevati dall'aria riscaldata. Nel giro di un paio d'anni, hanno sviluppato una mongolfiera molto simile nel design a quelle usate oggi. Ma invece di usare il propano, alimentarono il loro modello bruciando paglia, letame e altro materiale in un pozzo del fuoco annesso.
La pecora, anatra e pollo sono diventati i primi passeggeri in mongolfiera il 19 settembre, 1783, nel primo volo dimostrativo dei Montgolfiers per il re Luigi XVI. Sono sopravvissuti tutti al viaggio, dando al re una certa sicurezza che gli esseri umani potessero respirare l'atmosfera a quote più elevate. Due mesi dopo, il marchese Francesco d'Arlandes, un maggiore di fanteria, e Pilatre de Rozier, un professore di fisica, divenne il primo essere umano a volare.
Seguirono altri progetti di mongolfiere e voli ambiziosi, ma nel 1800, la mongolfiera era stata in gran parte oscurata dai palloni a gas. Un fattore in questo declino di popolarità fu la morte di Pilatre de Rozier in un tentativo di volo sul Canale della Manica. Il nuovo pallone che ha costruito per il volo includeva un pallone a idrogeno più piccolo oltre all'involucro della mongolfiera. Il fuoco ha acceso l'idrogeno all'inizio del volo, e l'intero pallone prese fuoco.
Ma la ragione principale per cui le mongolfiere sono passate di moda è stata quella nuova mongolfiera dirigibile i progetti erano superiori in molti modi, principalmente avevano tempi di volo più lunghi e potevano essere guidati.
Un altro tipo di palloncino popolare era il palloncino fumogeno . Questi palloni sono stati sollevati da un fuoco a terra, e non aveva alcuna fonte di calore collegata. Hanno semplicemente sparato in aria, e poi ricadde a terra. Il loro uso principale era come attrazione nelle fiere itineranti negli Stati Uniti alla fine del 1800 e all'inizio del 1900. Il mongolfiere si metteva un paracadute e si attaccava a un pallone di tela. Quindi, diversi assistenti avrebbero tenuto il pallone sopra un pozzo del fuoco, rendendo l'aria sempre più calda, e quindi aumentando la forza verso l'alto. Quando la forza era abbastanza grande - e se il pallone non aveva preso fuoco - gli assistenti si sarebbero lasciati andare e l'aerostato sarebbe stato lanciato in aria. Quando il pallone ha raggiunto il suo punto più alto, il mongolfiera si staccherebbe e si sarebbe paracadutato a terra.
Dagli anni Sessanta, le tradizionali mongolfiere hanno conosciuto una rinascita, dovuto in parte a un uomo di nome Ed Yost e alla sua compagnia, Industrie del corvo. Yost e i suoi soci fondarono Raven Industries nel 1956 per progettare e costruire mongolfiere per l'Office of Naval Research (ONR) della Marina degli Stati Uniti. L'ONR voleva i palloni per il trasporto a corto raggio di piccoli carichi. Yost e il suo team hanno preso il concetto di base del pallone dei fratelli Montgolfier e lo hanno ampliato, aggiungendo il sistema del bruciatore a propano, nuovo materiale della busta, un nuovo sistema di gonfiaggio e molte importanti caratteristiche di sicurezza.
Hanno anche inventato il moderno, a forma di busta a forma di lampadina. Yost prima progettato in grande, palloncini sferici. Questi palloncini hanno funzionato bene, ma aveva uno strano schema di gonfiaggio:quando l'aria veniva riscaldata, la parte superiore del palloncino si è riempita, ma il fondo è rimasto sottogonfiato. Per l'efficienza, Ti sei appena sbarazzato del tessuto extra in fondo, sviluppando la familiare forma "naturale" del palloncino che vediamo oggi.
All'inizio degli anni Sessanta, l'ONR aveva perso interesse per le mongolfiere, così Yost iniziò a vendere i suoi palloncini come attrezzatura sportiva. Presto sorsero altre società, come sempre più persone sono state coinvolte in mongolfiera. Negli anni, i progettisti hanno continuato a modificare le mongolfiere, aggiunta di nuovi materiali e caratteristiche di sicurezza, oltre a sviluppare forme creative di buste. Alcuni produttori hanno anche aumentato le dimensioni del cesto e la capacità di carico, costruire palloncini che possono contenere fino a 20 passeggeri!
Ma il design di base è ancora la versione modificata di Yost del concetto originale dei fratelli Montgolfier. Questa straordinaria tecnologia ha affascinato le persone di tutto il mondo. I tour in mongolfiera sono un business multimilionario, e le gare di mongolfiere e altri eventi continuano ad attirare folle di spettatori e partecipanti. È persino diventato di moda (tra i miliardari) costruire palloncini ad alta tecnologia per i viaggi in tutto il mondo. Dice davvero molto sulle mongolfiere che sono ancora così popolari, anche nell'era degli aerei a reazione, elicotteri e navette spaziali.
Per ulteriori informazioni sulle mongolfiere e argomenti correlati, controlla i link che seguono.
Soffiando nel vento Così, com'è viaggiare in mongolfiera? È un luogo straordinariamente sereno, serena esperienza. Poiché il pallone si muove con il vento, non senti affatto la brezza. Senza i venti impetuosi che normalmente associ alle alte quote, l'esperienza del volo sembra molto sicura e rilassante:ti sollevi semplicemente da terra e ti muovi con l'aria nell'atmosfera.
Pubblicato originariamente:16 febbraio 2001
Domande frequenti sulle mongolfiere Chi ha inventato la mongolfiera? I fratelli Montgolfier sono ampiamente riconosciuti come gli inventori della mongolfiera. Hanno mandato un pollo, un'anatra e una pecora su un volo di otto minuti in Francia. Lo hanno fatto dopo aver sperimentato con recipienti di carta sollevati dall'aria riscaldata. Quanto sono pericolose le mongolfiere? Gli incidenti legati alle mongolfiere sono rari ed è considerata un'attività a basso rischio. Solo 173 decessi totali si sono verificati in tutto il mondo dal 1785 e di questi, solo 61 si sono verificati negli Stati Uniti. Quanto durano i voli in mongolfiera? In media, una mongolfiera commerciale può volare per una o due ore. Però, le corse più lunghe sono più costose e la maggior parte delle compagnie commerciali offre corse tra 15 minuti e due ore. A cosa serve una mongolfiera? Le persone viaggiano in mongolfiere per scopi ricreativi per godersi la vista dall'alto. Ad alcuni hobbisti piace anche partecipare a eventi sportivi competitivi. Molte più informazioni Articoli correlati a HowStuffWorks Come funzionano i dirigibili
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