Почему летают шары с гелием?
Казалось бы, очень простой вопрос, но иногда он ставит в тупик. Скорее всего, потому, что в школе нам это объясняли сухим языком цифр на скучных уроках. Но сегодня мы хотим веселые воздушные шары, и нас мучают простые вопросы о том, как долго они могут летать и какой вес они смогут поднять. Значит, нужно поближе познакомиться с некоторыми свойствами гелия.
Гелий - это газ. Им наполняется воздушный шарик. Это газ намного легче воздуха. Один кубический метр воздуха, который состоит из смеси разных газов, весит 1,293 кг, а один кубический метр гелия 0,178 кг. Получается, гелий легче воздуха 7,26 раза . Так же выходит, что один кубический метр гелия может поднять 1,115 кг , то есть чуть больше килограмма.
Выходит, что шары летают потому, что они заполняются газом гелием, который в 7,26 раза легче воздуха. Получается, шар подобно пузырьку воздуха в воде, который со дна поднимается вверх. Конечно, существует еще и такой газ как водород, его подъемная сила еще больше. Однако, использовать его нельзя, в отличии от гелия, он взрывоопасен и горюч. Вместо радости и восторга мы можем получить ожоги, пожары, травмы и летальный исход. Но вот интересно, какой вес может поднять этот шарик?
Объем стандартного шара, размером 30 сантиметров, составляет около 14 литров. Поэтому, гелий, который заполняет весь объем шара, может поднять около 15,61 грамм. Но, сам шар тоже имеет свой вес, который составляет порядка 3 грамм. Поэтому в результате на шарике мы можем поднять лишь 12,61 грамм.
Однако, мы живем не в идеальном мире и на практике подъемная сила стандартного шара не превышает 10 грамм. Причин тому много, самая главная заключается в том, что гелий очень быстро просачивается сквозь стенки шара, поэтому сразу же после надувания шарик теряет подъемную силу. На практике, после надувания обычный шар, размером 30 сантиметров, перестанет летать через 12-18 часов.
Конечно, шар можно обработать специальным составом, чтобы тот терял гелий значительно медленнее, однако и состав имеет свой вес и эффект наступает после его застывания, а за это время шарик успевает «похудеть». Но когда эффект все-таки наступит шар сможет продержаться в воздухе от 3 до 30 суток. Поскольку в нем будет сохранятся гелий в количестве, которое сможет обеспечить подъемную силу большую, чем вес самого шара.
Но вот теперь мы подходим к самому интересному вопросу, а сколько нужно шариков, чтобы поднять в воздух человека? Если ваш вес 70 килограмм, то путем несложных математических расчетов, мы можем прийти к выводу, что для этого требуется 7000 (семь тысяч) воздушных шаров.
Опять же, после надувания шаров, они начнут терять подъемную силу сразу же. На надувание 7000 шаров, команде из 4х человек потребуется весь день, а может быть и вся ночь. Поэтому реально, шариков может потребоваться гораздо больше. Значит, для поднятия человека нужна большая команда, и огромное количество шаров с запасом. Думаю, десяти тысяч шариков (!!!) вполне достаточно для того, чтобы поднять человека в воздух.
Но обычно, люди хотят поднять подарок весом 200. Теперь мы точно знаем, что 20 шаров имеют подъемную силу в 200 грамм. Однако, поднять 200 грамм они не смогу, подъемная сила скомпенсирует вес подарка и всего-то. Значит нам нужен как минимум 21 шар, чтобы подъемная сила в результате составила 10 грамм. Но, конечно, шары лучше взять с запасом, штук 25-30. Чтобы наверняка!
Получается, что шар летает поскольку он заполнен гелием, который в 7,26 раза легче чем воздух, стандартный шар имеет подъемную силу около 10 грамм и способен летать 12-18 часов без обработки, от 3 до 30 суток с обработкой.
Чернышова Екатерина, ученица 1 "А" класса МБОУ СОШ № 18
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Проект по теме: «Почему летает воздушный шарик?» Выполнила: ученица 1 класса «А» МБОУ СОШ № 18 Чернышова Екатерина Александровна Научный руководитель: Диденко Ольга Наилевна
Актуальность: воздушные шарики можно встретить на любом празднике Цель: определить причину того, почему воздушный шарик поднимается вверх. Гипотеза: разные свойства газа внутри шарика и воздуха снаружи толкают шарик вверх.
Задачи узнать, каким веществом наполнен воздушный шарик рассмотреть понятие плотности через массу исследовать различными методами плотность доступных в доме веществ Методы и способы: опыты в доступных условиях.
Воздушный шарик наполнили гелием. Он взлетает, потому что плотность гелия меньше плотности воздуха (условие плавания тел).
Плотность показывает, какая масса вещества содержится в единице объема. Чем больше масса, тем больше плотность вещества. ρ (ро) - кг/м³
М асса воды – Мв М асса масла – Мм Мв >Мм => ρ в > ρ м П лотность воды – ρ в П лотность воды – ρ м Мв =114 г Мм=108 г
ρ в > ρ м Исходя из условия плавания тел
Исходя из условия плавания тел ρ д – плотность дерева, из которого сделан кубик ρ в > ρ д
Вывод: воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх, так как его плотность меньше плотности воздуха. Я доказала на основе определения плотности, что плотность масла меньше плотности воды. Также провела опыты и сравнила плотность разных доступных веществ.
У каждого взрослого в глубине души лежит воспоминание о ярком воздушном шарике, рвущемся в небо. Наверное, поэтому и сейчас подаренный шар дарит хорошее настроение и улыбку.
Воздушный шарик является непременным атрибутом дней рождений, свадеб и любых других торжеств. А уж детский праздник представить без него абсолютно невозможно. В чем же заключается его волшебство? Может быть, в стремлении ввысь, в легкости, с которой он поднимается к небу?
Волшебство воздушного шарика
Современные шарики, умеющие летать, наполняют газом. Его плотность значительно меньше плотности воздуха, что позволяет ему взлетать все выше и выше. Газ, имеющий меньшую плотность, заполняет внутреннее пространство шарика и на него действует выталкивающая сила воздуха.
Самые обычные шарики можно надуть ртом. Но такие шары не могут лететь вверх, так как плотность углекислого газа, выдыхаемого человеком, ниже плотности воздуха. Для полета им требуется ветер. А вот легкий газ позволяет шарику самостоятельно устремляться вверх.
Как шарик научился летать
История появления воздушных шаров насчитывает не одну сотню лет. Существуют упоминания о мешках из выделанной карельскими умельцами кожи быков, наполненных теплым газом, с помощью которых они перемещались на небольшие расстояния. Датируются эти свидетельства XII веком, однако точных подтверждений их истинности ученые не обнаружили.
А вот документально подтвержденная хроника рождения воздушных шаров:
- Прадедушками воздушных шариков стали результаты эксперимента Майкла Фарадея, в результате которых он создал мешки из каучука, наполненные водородом. Именно они стали применяться в качестве украшений праздников, летая в воздухе на радость людям.
- Уже через год в продаже появились наборы из серии «сделай сам», представляющие собой тюбик жидкого каучука и баллончик с газом. Дети получили свои первые надувные игрушки.
- В 1922 году произошло несчастье, которое, тем не менее, способствовало развитию «шариковой» индустрии. Во время городского праздника взорвались шары, наполненные водородом. С тех пор опасный горючий газ перестали использовать и подключили к развлечению абсолютно безопасный гелий.
- 1931 год стал годом рождения латексных шариков. Теперь стало можно создавать шары различной формы на радость детям.
Сейчас шарики выпускаются не только из латекса, но и из фольги — различной формы и размеров. Для надувания используется гелий или смесь гелия и воздуха, гарантирующая полную безопасность и придающая шарикам возможность улетать далеко в небо.
Полет может длиться от 30 минут до 1 часа. Все зависит от скорости и направления ветра в день полета. Длительность полёта ограничена размерами нашего полётного района, включающего в себя Пушкинский район Санкт-Петербурга.
Выдают ли парашюты?
Парашюты не выдают, так как полёты проходят на относительно небольших высотах и, если Вам срочно понадобится на землю, быстрее и безопаснее будет совершить посадку на воздушном шаре .
Застрахованы ли пассажиры?
Тепловые аэростаты относятся к авиации общего назначения. А в авиации в обязательном порядке страхуются пассажирские места на воздушном судне. Поэтому, ступая на борт воздушного шара , Вы уже застрахованы.
Как давно вы летаете с пассажирами?
В Санкт-Петербурге более 5 лет.
Сколько пассажиров может лететь в корзине?
2-4 пассажира, в зависимости от их веса и лётного сезона.
Как выглядит весь процесс, начиная с момента встречи?
Путешествие по небу начинается с момента встречи начинающих воздухоплавателей с экипажем.
Далее мы отвозим наших пассажиров на место старта, этот этап занимает, как правило, не более получаса. После этого Вы можете наблюдать за наполнением аэростата воздухом и подготовкой команды к взлёту, или мы можем привезти Вас непосредственно к моменту старта, если Вы так желаете. Процесс подготовки воздушного шара к взлёту также занимает около получаса. После взлёта Вы можете любоваться достопримечательностями, полёт длится, как правило, от 30 до 60 минут в зависимости от направления и скорости ветра.
С момента взлёта по земле за летящим аэростатом поедет команда сопровождения, которая встретит Вас в месте вашего приземления и после традиционной церемонии посвящения в воздухоплаватели, которая займёт около 30 минут, мы отвезём Вас обратно к месту встречи.
Сколько времени займут у нас все мероприятия?
Весь процесс от момента встречи с командой до возвращения на место встречи может занять до трех часов. При этом пилот перед стартом может переносить полёт на необходимое время, с целью дождаться более комфортных погодных условий для взлёта. Мы рекомендуем Вам выделять для полёта время с запасом, не менее 5 часов, включая дорогу.
Могут ли мои друзья и близкие посмотреть на мой полет?
будут уникальными и единственными в своём роде.Первый полет на воздушном шаре, или аэростате, был совершен в Г 731 году, п Рязани. Изобретатель - самоучка Крякутной. служивший подьячим при воеводской канцелярии, смастерил большой мешок, наполнил его горячим воздухом и взлетел на нем выше деревьев. А пятьдесят два года спустя (в 1783 году) французские изобретатели, братья Жозеф и Этьен Монгольфье построили второй в мире аэростатг поперечник его равнялся 13 метрам Так зародилось воздухоплавание.
Сначала воздушные шары наполнялись теплым воздухом. Они могли летать только до тех пор, пока воздух в шаре не остынет. В дальнейшем воздухоплавательные аппараты стали наполнять легким газом - водородом
Почему же аэростат летает? Как возникает его подъемная сила?
Зная закон Архимеда, нетрудно объяснить полет воздушного шара. На всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. В справедливости этого закона можно убедиться, наблюдая, как всплывает на поверхность пробковый шарик, опущенный под воду. Шарик выбрасывается силой, действующей снизу вверх и возникающей за счет того, что шарик весит меньше, чем вытесненная им вода. у
Наоборот, если бросить в воду камень, он потонет. Почему? Потому что вес самого камня больше, чем вес вытесненной им воды.
Закон Архимеда справедлив и для воздушной среды, где все предметы также вытесняют некоторый объем воздуха и испытывают со стороны его подъемную силу. И если какое-нибудь тело легче, чем вытесненный им объем воздуха, оно будет «всплывать» в атмосфере, Таким телом и является шар, заполненный каким-либо легким газом, например водородом.
Шары, наполненные газом, непригодны для регулярных сообщений, так как они неуправляемы, а передвигаются в атмосфере вместе с воздушными массами, то-есть по ветру В настоящее время они применяются только для научных и спортивных целей. -**
Аэростат, предназначенный для полета по ветру, называется свободным; присоединенный к одному концу стального троса, закрепленного на вращающемся барабане лебедки - привязным (змейковым), Аэростат для полетов в страто- .
сфере с герметически закрытой кабиной называется стратостатом. Аэростаты ^
малых размеров - шары-зонды и шары-пилоты - применяются в метеороло-гии для подъема самопишущих приборов и приборов, показания которых передаются с помощью коротковолновых радиопередатчиков, подвешенных к шару.
Подробно об истории и современном состоянии воздухоплавания можно про- <-ч честь в книге И. Г. Стобровского «Воздухоплавание» (Изд ДОСАРМ, 1949 г.). оХ
КАК ИЗГОТОВИТЬ ВОЗДУШНЫЙ ШАР Мч
Воздушный шар (вернее, многогранник), склеенный из папиросной бумаги и на- .
полненный теплым воздухом, летает как настоящий аэростат, только поднимается в воздух не так высоко и опускается через несколько минут.
Для изготовления такого шара вырезают из белой или цветной папиросной ~
бумаги от 12 до 24 (и более) полос веретенообразной формы и склеивают их края
Полосы вырезают по шаблону. Чтобы сделать шаблон, нужно прежде всего склеить в длинную полосу несколько листов плотной бумаги и на ней начертить выкройку Размеры выкроек для шаров разных размеров показаны на рисунке 1. Для шара диаметром в 1 метр надо взять шаблон длиною в 1572 мм, для шара диаметром в 1,5 метра - длиною 2400 мм и т. д.
Приготовленную полосу бумаги сгибают по длине вдвое (рис. 3). От линии сгиба по угольнику проводят вспомогательные линии, на расстоянии 200 мм одна от другой. На них откладывают отрезки, размеры которых указаны на выкройке. Концы отрезков соединяют одной плавной кривой линией и по ней обрезают полосу. Сложенный вдвое готовый шаблон развертывают.
Заготовки для полос склеивают из отдельных листов папиросной бумаги. Для этого листы укладывают в виде «лестнички» (рис 2) и промазывают клеем все ее «ступеньки». При склеивании намазанная клеем кромка одного листа должна соприкасаться с ненамазанной кромкой другого.
Если есть бумага двух цветов, например белая и красная, то шар можно сделать полосатым или клетчатым. В первом случае нужно сделать одинаковое количество полос из бумаги того и другого цвета; во втором случае листы бумаги разных цветов должны чередоваться в каждой из полос При этом надо менять расположе ние листов в полосах;.например, если в первой полосе листы чередуются так: крас ный - белый - краайьпг- белый, то во второй полосе их склеивают ина" белый-красный - белый--JtpacKbtfl и т. д.
Для шара ткигтЬф в 1 метр (рис 1,-4) или в 1,5 метра (рис 1,5) нужнс приготовить 12 TiiJL^ шага диаметром в 2 метра (рис 1,В) -16 полос,
в 2,5 метра (рис. iwjiOc в 3 метра (рис. 1, Д) -24 полосы. Для полутора
метрового шара, |acjjJ»aiej"o <яз fa полос, понадобится 50 листов папиросной буц^у^"Ч
