Pourquoi les montgolfières volent-elles ? Comment faire un ballon.

Très souvent, on entend l’opinion selon laquelle le gaz est une substance dangereuse. N'est pas déclaration vraie. Pourquoi cela « arrive-t-il » si souvent ?

Le fait est que le mot « gaz », comme beaucoup d’autres mots de la langue russe, a plusieurs significations (définitions). Dans son sens « principal », le gaz est un état de la matière (toute substance peut être solide, liquide et gazeuse). Et dans l'un des sens supplémentaires, le concept de gaz désigne le gaz domestique inflammable utilisé dans les brûleurs des cuisinières à gaz (généralement du méthane).

Quel gaz est utilisé pour gonfler les ballons ? Si le ballon « vole », vous pouvez être sûr qu'il n'est pas gonflé avec le même gaz que celui fourni aux cuisinières à gaz. Seul un gaz très léger, beaucoup plus léger que l’air, peut soutenir la balle dans les airs. Le propane et le butane sont plus lourds que l’air et la balle reposerait sur le sol. Le méthane est un peu plus léger que l'air, mais sa force de levage ne serait pas suffisante pour soulever un petit ballon « ordinaire » dans le ciel : seul un énorme ballon rempli de méthane pourrait s'élever au-dessus du sol - et alors extrêmement « lentement » : il aurait une portance très faible.

Quel type de gaz peut facilement soulever n’importe quel gaz dans l’air ? Il n’existe que deux de ces gaz : l’hydrogène et l’hélium. Ces deux gaz sont des substances élémentaires et sont répertoriés dans le tableau périodique de D.I. Mendeleev sous les numéros 1 et 2. En termes de prévalence dans l'Univers, la situation est similaire : l'hydrogène occupe la première place et l'hélium la deuxième. En termes de « légèreté », ces gaz occupent également la première et la deuxième place (l'hydrogène est le plus léger et l'hélium n'est que légèrement plus lourd) et sont de loin supérieurs à tous les autres gaz. En termes de taille des atomes, ils sont également leaders, même si ici c'est un peu l'inverse : l'hélium a le plus petit atome, et l'hydrogène occupe la deuxième place.

Mais cela semble être la fin des similitudes entre ces gaz. L'hydrogène est un élément très actif, extrêmement inflammable et explosif : encore plus dangereux que le propane domestique. Et l'hélium est un gaz totalement inerte qui ne réagit avec aucun substance connue, il ne peut donc pas brûler ou entretenir une combustion, et ne peut pas non plus provoquer d’empoisonnement. Selon les normes russes et européennes, ainsi que conformément aux règles la sécurité incendie pour le pompage des ballons Seul de l'hélium ou de l'air ordinaire est utilisé. ()

Est-il sécuritaire d’inhaler l’hélium d’un ballon ? C'est tout à fait sûr, si, bien sûr, nous parlons de l'hélium lui-même, et non de bactéries ou d'autres facteurs secondaires qui peuvent être présents. L'hélium, au sens chimique du terme, est encore plus « neutre » que l'azote, dont il est majoritairement constitué. l'atmosphère terrestre. L'hélium est utilisé comme composant du mélange respiratoire par les plongeurs lorsqu'ils travaillent à de grandes profondeurs, car il ne se dissout pratiquement pas dans le sang humain.

Un ovale sur un bâton est la première association que les enfants ont avec le thème des ballons. Vous avez probablement déjà remarqué que le premier dessin est un dessin d'une montgolfière, la première image terminée sur la mosaïque est une montgolfière. Après tout, les enfants les adorent tout simplement, et en dessiner un n’est pas difficile. Savez-vous pourquoi tous les petits enfants aiment tant les ballons ? Il semblerait, qu'est-ce qui ne va pas avec ça ? Rien de spécial, juste une balle ronde en caoutchouc ordinaire, qui, dès qu'on la touche, éclate immédiatement ! Alors réfléchissons ensemble à ce sujet.

Comment tout cela a-t-il commencé?

Rappelons-nous comment Winnie l'ourson a tenté d'accéder à la ruche ballon, et Porcinet voulait l'offrir à Bourriquet pour son anniversaire. Vous souvenez-vous de la façon dont Dunno et ses amis ont volé sur un énorme ballon, et qu'un énorme tas de ballons a pu soulever une maison entière dans le ciel dans le dessin animé « Up » ? Pourquoi pensez-vous qu'une bonne moitié des contes de fées et des dessins animés pour enfants ne peuvent pas se passer d'un détail aussi insignifiant et discret que les ballons ? Et tout cela parce que ce simple jouet contient toute la puissance de l'enfance, avec sa capacité à profiter des petites choses, à se laisser surprendre par de nouvelles choses, à fantasmer et à rêver. Leur capacité à rester longtemps sous le plafond, et à imaginer, sans tomber ! Et bien sûr, parce qu'ils sont colorés, formes différentes et créez une ambiance festive dans toutes les situations.

A quoi ça ressemble maintenant ?

Les ballons sont de fidèles assistants des clowns, des sorciers et, surtout, des parents qui tentent de divertir les enfants. Faites éclater un maximum de ballons, trouvez des indices ou des souvenirs à l'intérieur, collectez un certain nombre de ballons identiques, construisez une pyramide de ballons, vous pouvez imaginer un grand nombre de compétitions de ce type ! Et ce sont ces jeux qui remplissent non seulement une fonction divertissante, mais aussi une fonction de développement. Vous pouvez décorer un ballon, y coller des pattes et des antennes et c'est parti. coccinelle ou un autre bug. Mais surtout, le ballon sera un merveilleux cadeau pour l'anniversaire d'un enfant. Après tout, à partir de boules, vous pouvez créer des structures incroyables et même gigantesques sous forme de gâteaux et de pâtisseries, de motos et de voitures, de fleurs et d'animaux, de maisons et de châteaux, en général, tout ce que vous pouvez souhaiter et imaginer. Les enfants ne se lassent jamais d'un tel cadeau ; ils sont prêts à le regarder et à jouer avec tant qu'il est à proximité. Pour offrir à votre enfant des vacances lumineuses, magiques et insolites dont on se souviendra toute sa vie, pas besoin d’être un sorcier. Il suffit de faire preuve d'un peu d'imagination, et de laisser votre bébé garder dans son cœur le sentiment de joie, de bonheur et de magie qui lui sera procuré !

Et enfin...

On ne peut pas ramener l’enfance, c’est ici, c’est maintenant. Offrez de la joie et de la fête à vos enfants exactement quand ils en ont besoin. Les enfants grandissent très vite, les intérêts changent, les opinions changent. Soyez sur la même longueur d'onde avec votre enfant et tout ira bien pour vous. Après tout, le plus grand bonheur est de voir vos enfants heureux et en bonne santé !

Il existe plusieurs théories pour expliquer la capacité des ballons à voler. Au sens large, ce processus est déterminé par le rapport entre le poids de l'air et du gaz. Si le ballon est plein...

Il existe plusieurs théories pour expliquer la capacité des ballons à voler. Au sens large, ce processus est déterminé par le rapport entre le poids de l'air et du gaz. Si un ballon est rempli de gaz, il monte et ne retombe pas au sol. Lorsqu'il est rempli d'air, par exemple lorsqu'une personne gonfle elle-même un ballon, sa capacité à voler est réduite. Le gaz est beaucoup plus léger que l’air, c’est pourquoi les ballons remplis d’hélium flottent mieux.

Selon le remplissage, les ballons peuvent effectuer différentes manipulations:

• si la balle est remplie de dioxyde de carbone, d'air ou d'argon, elle volera moins bien ;
• le néon, le méthane, l'azote, l'hélium et l'hydrogène font décoller le ballon rapidement en raison du poids minime de ces gaz et de la grande différence avec la masse d'air.

Vol en ballon d'un point de vue physique

Du point de vue de la physique, tout corps placé dans un gaz ou un liquide est soumis à une force de déplacement égale au poids du corps. Le ballon est dans ce cas un corps « posé » dans les airs. Parce que Lorsque le gaz remplissant la balle la rend légère par rapport à l'air, la flottabilité commence à se produire. De ce fait, le ballon monte rapidement et commence à voler.

Avec l'aide de la physique, il est possible d'expliquer la raison des mauvaises propriétés de vol des ballons remplis d'air. Le poids dans ce cas est presque le même, donc le ballon ne peut que flotter dans les airs, mais sans force, il coule au sol.

Le vol d’un ballon dans les airs est comparable à la navigation d’un navire sur l’eau. Dans le premier comme dans le deuxième cas, le corps du briquet est expulsé par l'eau lourde ou l'air. De plus, l’eau et l’air ont des capacités de flottabilité presque égales.

Pourquoi les montgolfières volent-elles ?

Les gros ballons destinés à l'aéronautique volent pour les mêmes raisons que les petits ballons jouets. L'explication de la capacité de voler dans ce cas réside également dans les lois de la physique. La taille du ballon, le poids du panier et les passagers sont étroitement liés les uns aux autres. Le ballon monte en chauffant l'air qu'il contient et le gaz qui en résulte. En raison de cet effet, la balle devient plus légère que l’air et une force de poussée s’exerce sur elle.

Contrôle des ballons

Il est impossible de contrôler des ballons. Maison force de contrôle toujours de l'air ou du vent. Si vous lâchez un petit ballon et le tenez par le fil, alors, malgré vos efforts, vous ne pourrez pas le faire tourner dans la direction souhaitée. Une situation similaire se produit avec les ballons. La seule chose que les passagers dans le panier peuvent faire est d’abaisser le ballon au niveau du sol ou de le soulever plus haut dans les airs. La hauteur est gagnée en réduisant le poids (des poids spéciaux sont lâchés) et la balle est abaissée en réduisant la quantité de gaz en contrôlant la température de chauffage de l'air à l'intérieur du matériau caoutchouté. La température est modifiée en modifiant le niveau du brûleur.

Pourquoi les ballons et les dirigeables sont-ils remplis d’hydrogène ou d’hélium ?

Enfant, tout le monde jouait avec des ballons. Personne ne s'est jamais demandé pourquoi les ballons sont remplis d'hydrogène ou d'hélium. Pour répondre à cette question, vous devez rappeler quelques questions du cours de physique scolaire.

Un peu de physique

Si un corps est dans les airs, plusieurs forces agissent sur lui. La plus grande influence exercer une force et un poids archimédien. Leur différence s'appelle la portance. S'ils sont égaux, le ballon pend librement ou se déplace dans les airs selon des courbes complexes dont la forme dépend des courants. Si la force d'Archimède est supérieure au poids, une force de levage apparaît, agissant vers le haut sur le ballon.

Le poids de l'avion est constitué du gaz lui-même, de la coque dans laquelle il se trouve et de la charge soulevée.

Si vous remplissez la coque avec de l'air ordinaire à une température environnement, la balle ne montera pas. L'air doit être chauffé. Le ballon doit donc être équipé d’un brûleur pour chauffer en permanence l’air à l’intérieur de la coque.

La force d'Archimède dépend du volume de la coque et de la différence de densité de l'air et du gaz qu'elle contient.

Avec l'augmentation de l'altitude, la température diminue, la pression de l'air et sa densité dans une coque fermée diminuent. En conséquence, la force d'Archimède diminue et la balle commence à descendre. Pour éviter que cela ne se produise, un trou est pratiqué dans la partie inférieure de la coque, sous lequel est placé le brûleur. En diminuant ou en augmentant la quantité de carburant brûlée, vous pouvez contrôler l'altitude de vol.

DANS avion avec une coque fermée, on utilise des gaz qui, à même température, ont une densité inférieure à celle de l'air ambiant.

Parmi les gaz disponibles, l'hydrogène a la densité la plus faible. Dans l'industrie, il est produit en grande quantité et son coût est donc relativement faible.

Aujourd’hui, pour des raisons de sécurité, la coque sphérique d’un ballon est remplie d’hélium. Cet élément chimique rare a été découvert pour la première fois grâce à l'analyse spectrale du soleil et a reçu son nom Helios, qui signifie solaire. Bien plus tard, ce gaz a été découvert sur terre.

A la même température, la densité de l’hélium est 10 fois inférieure à celle de l’air. L'hydrogène a un indicateur encore meilleur - 20. Par conséquent, au départ, les ballons étaient remplis d'hydrogène. Mais contrairement à l’hélium, c’est un gaz inflammable et explosif. Cet élément est sûr à utiliser, mais un ballon rempli d'hélium a beaucoup moins de portance.

Un peu d'histoire

Les gros ballons sont appelés ballons et, dans le passé, ils étaient principalement destinés à recherche scientifique. La plupart d’entre eux étaient des sphères de différents diamètres.

Le plus gros ballon, Record, avec un volume de sphère de plus de 4 000 m³, a décollé à l'automne 2010. 36 personnes ont voyagé dans sa nacelle.

L'altitude maximale à laquelle le ballon s'est élevé était de plus de 21 km. Le vol record a été réalisé par le citoyen indien Vijaypat Singhania en 2005. Le ballon était rempli d'air chaud.

Les dirigeables en forme de cigare étaient utilisés pour transporter des personnes et des marchandises au début et au milieu du siècle dernier.

Le plus grand dirigeable de l’histoire de l’humanité, le Hindenburg, a été construit dans l’Allemagne nazie à la fin des années 30. Il effectua 21 vols à travers l'Atlantique et mourut en 1937. A cette époque, il n'y avait pas d'hélium en Allemagne et tous les réservoirs Hindenburg étaient remplis d'hydrogène. La cause de l'accident est inconnue. Après la tragédie, les ballons et dirigeables remplis d’hydrogène ne sont plus utilisés pour transporter des passagers. Ils sont utilisés uniquement à des fins scientifiques.

Quelles sont les étapes de préparation à un vol en montgolfière ?

Préparation avant le vol

Pour un vol en montgolfière en toute sécurité, vous devez vérifier les conditions météorologiques et sélectionner un point de départ adapté pour le décollage. La météo actuelle et prévue doit offrir au pilote la visibilité nécessaire pour pouvoir voir et éviter les obstacles (brouillard ou nuages ​​bas), le vent doit être suffisamment léger pour permettre le décollage et l'atterrissage (moins de 8-16 km/h selon les conditions). niveau de compétence) et expérience du pilote, des passagers, de l'équipage et du personnel au sol).

Le point de départ (zone de décollage) doit être suffisamment grand pour permettre à l'enveloppe du ballon de se déployer et de se gonfler sans obstacles dans la direction du vent tels que des lignes électriques, des arbres et des bâtiments. Enfin, le point de départ doit être positionné de manière à ce que le flux de vent prévu guide le ballon vers un site d'atterrissage approprié. Il ne doit y avoir aucun plan d'eau, aucune grande zone urbaine ou forêt dans la zone d'atterrissage du ballon ; il n'est pas sûr de survoler des obstacles sans suffisamment de carburant.

Avant de démarrer, de l'air chaud y est pompé à l'aide de brûleurs alimentés au propane.

Pour ce faire, la coque du ballon est disposée au sol et fixée au panier et au brûleur. Un ventilateur, souvent alimenté à l'essence, est utilisé pour forcer l'air frais extérieur à entrer dans l'enceinte. Air froid gonfle partiellement le ballon jusqu'à ce qu'il atteigne sa forme de base, lui permettant d'allumer le brûleur pour chauffer l'air. Une fois le ballon en position verticale, le pilote et les passagers montent dans la nacelle. Lorsque le pilote est prêt à décoller, il applique plus de chaleur à travers le brûleur du ballon et le ballon décolle...

L'équipe au sol range le matériel et suit la direction de vol du ballon jusqu'au site d'atterrissage.

Vol en montgolfière.

Nécessite certaines compétences de pilote pour contrôler ballon- monter ou descendre dans les courants d'air. Ainsi, il est important que le pilote détermine, à des altitudes autres que celle du ballon, dans quelle direction souffle le vent. Pour contrôler cela, le pilote utilise diverses méthodes. Cela inclut l’utilisation d’indices visuels tels que des drapeaux sur les mâts, la fumée des cheminées, etc. Pour déterminer la direction du vent au-dessus du ballon, le pilote utilise les données météorologiques d'avant le vol, qui comprennent une prévision du débit d'air à couches supérieures. Les données sont également obtenues expérimentalement en lançant des ballons à l'hélium, appelés ballon météo, avant le départ, pour obtenir des informations sur l'endroit où souffle réellement le vent. Une autre façon de déterminer la direction réelle du vent est le mouvement d'autres ballons dont le diamètre est taille plus grande ballon météo.

Contrôle du vol du ballon

La direction du vol du ballon dépend du vent, mais l'altitude de vol du ballon peut être ajustée en modifiant la température de l'air à l'intérieur de la coque. Le pilote peut actionner une ou plusieurs vannes de brûleur pour augmenter la température à l'intérieur de la coque du ballon, contrôlant ainsi la portance pour permettre au ballon de monter, de descendre ou même de s'arrêter. Le pilote peut également ouvrir les valves de ventilation du ballon si la coque en est équipée, abaissant ainsi la température à l'intérieur de la coque pour descendre ou ralentir voire arrêter la remontée. Si le pilote n’intervient pas, l’air à l’intérieur de la coque se refroidira lentement.

Réponse lente

L’une des astuces consiste à apprendre à gérer la latence. Pour ralentir ou arrêter la descente, une expérience expérimentale dans l'ouverture de la vanne du brûleur est requise. L'action du brûleur allège le poids global du système de ballon et augmente sa flottabilité, mais pas immédiatement. Cela peut prendre 30 secondes ou plus à partir du moment où le brûleur fonctionne pour ralentir ou s'arrêter, en fonction de la vitesse de descente de la bille, du refroidissement de l'air dans la bille ou de l'intensité de fonctionnement du brûleur. Ce retard nécessite beaucoup de connaissances de la part du pilote.

Troisième classe

La possibilité de changer de direction de vol en altitude est appelée troisième classe. Dans l'hémisphère nord, les flux d'air en altitude se déplacent en spirale, vus d'en haut, depuis les niveaux de haute pression et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'au niveau basse pression. Mais lorsqu’il vole près du sol, le ballon aura tendance à se déplacer dans une direction plus droite. Ainsi, le pilote doit trouver un virage à gauche lors de la descente jusqu'à l'atterrissage. Dans l’hémisphère sud, la direction de la spirale est exactement inverse. En fait, l’interaction avec un terrain accidenté peut réduire ou éliminer ces phénomènes.

Vol en palier

Le brûleur est conçu pour créer suffisamment d’air chauffé pour soulever rapidement la balle. Il n’est que plus efficace lorsqu’il est grand ouvert.

Mais lorsque le ballon ne chauffe pas activement, il refroidit. Cela signifie qu’il n’est en parfait équilibre que pendant un instant. Le reste du temps, il est soit chauffé, soit l'air qu'il contient est refroidi.

Ces deux faits permettent au pilote d'utiliser le brûleur à intervalles de quelques secondes pour maintenir le ballon en dérive lente de haut en bas à l'altitude souhaitée.

Une exception est faite lors du vol à basse altitude, ainsi que lors de l'atterrissage. La torche peut être utilisée en rafales très courtes à des fréquences considérablement élevées, sacrifiant ainsi l'efficacité et la précision.

Transport

Les véhicules typiques sont des jeeps avec des remorques porte-équipement.

S'il est certainement possible de pratiquer ce sport sans être poursuivi en voiture, en marchant ou en faisant du vélo jusqu'au site d'atterrissage, de nombreux aérostiers préfèrent suivre la poursuite en voiture. Lors de l'atterrissage, l'équipe de transport peut aider : lors du débarquement, attraper les cordes lors de l'atterrissage du ballon dans des conditions exiguës ; aider avec le matériel d'emballage.

La connexion entre le ballon et véhicule effectué par communication radio bidirectionnelle, téléphones portables, ou même crier quand il est suffisamment proche.

Atterrissage

La plupart des pilotes essaient d'atterrir le plus doucement possible. Cela devient une tâche difficile si la vitesse du vent au niveau du sol est supérieure à 8 km/h environ. Si le ballon se déplace à cette vitesse ou plus lorsqu'il entre en contact avec le sol, le panier (qui n'a généralement pas de roues ou tout autre type de fond) peut glisser sur le sol ou même basculer. Même l’équipage présent au sol ne peut apporter une assistance suffisante. Poids total(pour un système de ballon passager moyen) peut facilement dépasser le poids d'une voiture (il est préférable de ne pas se tenir du côté atterrissage du ballon pour éviter d'être entre le marteau et l'enclume). Les pilotes peuvent améliorer les atterrissages en atterrissant dans des zones protégées du vent, comme derrière une limite forestière ou dans une petite vallée.

Chaque adulte a, au plus profond de son âme, le souvenir d’un ballon lumineux éclatant dans le ciel. C'est probablement pourquoi, encore aujourd'hui, un ballon offert donne de la bonne humeur et un sourire.

Un ballon est un attribut indispensable des anniversaires, des mariages et de toute autre célébration. Et fête des enfants Il est absolument impossible d'imaginer sans lui. Quelle est sa magie ? Peut-être dans son élan vers le haut, dans la facilité avec laquelle il s’élève vers le ciel ?

Magie du ballon

Les ballons modernes capables de voler sont remplis de gaz. Sa densité est nettement inférieure à celle de l’air, ce qui lui permet de voler de plus en plus haut. Le gaz, qui a une densité plus faible, remplit l’espace interne de la balle et est sollicité par la force de poussée de l’air.

Les ballons les plus ordinaires peuvent être gonflés avec la bouche. Mais de telles boules ne peuvent pas voler vers le haut, car la densité du dioxyde de carbone expiré par une personne est inférieure à la densité de l'air. Ils ont besoin de vent pour voler. Mais le gaz léger permet à la balle de se précipiter d'elle-même vers le haut.

Comment le ballon a appris à voler

L'histoire de l'apparition des montgolfières remonte à des centaines d'années. Il y a des références à des sacs en cuir de taureau tanné par des artisans caréliens, remplis de gaz chaud, à l'aide desquels ils se déplaçaient sur de courtes distances. Ces preuves remontent au XIIe siècle, mais les scientifiques n’ont pas trouvé de preuves précises de leur véracité.

Et voici une chronique documentée de la naissance des ballons :

1. Les arrière-grands-pères des ballons sont le résultat de l'expérience de Michael Faraday, à la suite de laquelle il a créé des sacs en caoutchouc remplis d'hydrogène. Ce sont eux qui ont commencé à être utilisés comme décorations de vacances, volant dans les airs pour le plus grand plaisir des gens.
2. Un an plus tard, des kits de bricolage sont apparus en vente, composés d'un tube de caoutchouc liquide et d'un bidon d'essence. Les enfants ont reçu leurs premiers jouets gonflables.
3. En 1922, survint un malheur qui contribua cependant au développement de l'industrie du «ballon». Lors d'une fête municipale, des ballons remplis d'hydrogène ont explosé. Depuis lors, ils ont cessé d'utiliser des gaz inflammables dangereux et ont ajouté de l'hélium absolument sûr au divertissement.
4. 1931 est l’année de naissance des ballons en latex. Vous pouvez maintenant créer des boules diverses formes pour le plus grand plaisir des enfants.

De nos jours, les ballons sont fabriqués non seulement en latex, mais également en aluminium, de formes et de tailles variées. Pour le gonflage, de l'hélium ou un mélange d'hélium et d'air est utilisé, ce qui garantit une sécurité totale et donne aux ballons la capacité de voler loin dans le ciel.