Как летает воздушный шар?
Мы все видели их своими глазами или на картинках — огромные цветные шары, поднимающиеся все выше и выше в голубое небо. Потом они превращались в маленькое пятнышко, а затем исчезали совсем. Они кажутся такими чистыми — что может быть чище нагретого свежего воздуха, верно?
Но раньше воздушные шары были куда необычнее. В июне 1783 года братья Жозеф и Жак Монгольфье первыми провели эксперименты с воздушными шарами. Они заметили, что дым поднимается вверх, поэтому взяли охапку сырой соломы и шерсти, подожгли их и заполнили шар диаметром 10 м, сделанный из холста и оклеенный бумагой, черным, едким и удушливым дымом. Опыт прошел удачно — шар взлетел.
Несколько месяцев спустя, в сентябре, братья проявили еще большую изобретательность.
Они оба отправились в Версаль, чтобы продемонстрировать свое изобретение королю и королеве Франции. Зачем-то они решили подбросить в костер из соломы и шерсти еще и старую обувь, и подгнившее мясо — великолепная идея! Запах был таким ужасным, что король и королева, которые подошли поближе полюбоваться на диковину, тут же пустились наутек — по-царски, не теряя при этом достоинства.
Однако пассажирам воздушного шара такой возможности никто не предоставил. Братья Монгольфье привязали к ужасно пахнущему шару утку, петуха и овцу и отправили их в полет. К счастью, все приземлились целыми и невредимыми.
В ноябре шар братьев поднял в воздух двух человек, балансировавших на противоположных концах плетеной корзины из ивовых прутьев. Эти люди подбрасывали солому в жарко пылающую печь над их головами. Удивительно, но сами братья предпочли остаться на земле. Современные воздушные шары намного безопаснее и, конечно, куда менее зловонны. Пропановые горелки нагревают газы в шаре над ними. В современных шарах используется горячий воздух, а для дальних рекордных перелетов — смесь гелия и горячего воздуха. Гелий — второй по легкости элемент во Вселенной (понаблюдайте, что произойдет с детским воздушным шариком, наполненным гелием, если его выпустить из рук).
Многие спросят, почему бы не использовать в воздушном шаре самый легкий элемент — водород? Так иногда делают, но водород очень огне- и взрывоопасен. (Это стало причиной гибели немецкого дирижабля «Гинденбург», наполненного водородом, который воспламенился и мгновенно сгорел дотла в Нью-Джерси в 1937 году. Можно вспомнить и американский многоразовый космический аппарат «Челленджер», который потерпел катастрофу из-за взрыва водородного топлива.)
Воздушные шары поднимают научные приборы на высоту до 40 000 м (это в 4 раза выше, чем летают пассажирские самолеты). Затем шар лопается из-за слишком низкого давления, а приборы начинают падать вниз, по пути снимая необходимые показания.
Воздушный шар плывет по воздуху, потому что наполняющие его газы весят меньше, чем воздух, окружающий его.
Но как может шар из пластика или шелка, наполненный воздухом, весить меньше, чем окружающий его воздух? Все очень просто: газ при нагревании расширяется. Таким образом, литр горячего воздуха содержит молекул меньше, чем литр более плотного холодного воздуха, а значит, воздушный шар с горячим воздухом весит меньше, чем холодный воздух. Благодаря этой разности воздушный шар и летит!
Древнегреческий ученый Архимед вывел такой закон: на всякое тело, погруженное в жидкость или плавающее в воздухе, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости или воздуха. Если эта сила больше веса тела, то тело плавает, если меньше — тело опускается вниз.
Чтобы увидеть этот принцип в действии, попытаемся утопить шар с воздухом в ведре воды. Поскольку шар с воздухом весит меньше, чем такой же объем воды, шар плавает.