Los globos de helio funcionan según la misma ley de flotación. En este caso, el globo de helio que se sujeta con una cuerda está flotando en una «piscina» de aire (cuando se está bajo el agua en el fondo de una piscina, se está en una «piscina de agua» de unos 10 pies de profundidad – cuando se está en un campo abierto se está en el fondo de una «piscina de aire» de muchos kilómetros de profundidad). El globo de helio desplaza una cantidad de aire (al igual que la botella vacía desplaza una cantidad de agua). Mientras el helio más el globo sea más ligero que el aire que desplaza, el globo flotará en el aire.
Resulta que el helio es mucho más ligero que el aire. La diferencia no es tan grande como entre el agua y el aire (un litro de agua pesa unos 1.000 gramos, mientras que un litro de aire pesa alrededor de 1 gramo), pero es significativa. El helio pesa 0,1785 gramos por litro. El nitrógeno pesa 1,2506 gramos por litro, y dado que el nitrógeno constituye aproximadamente el 80 por ciento del aire que respiramos, 1,25 gramos es una buena aproximación al peso de un litro de aire.
Publicidad
Por lo tanto, si llenáramos una botella de refresco de 1 litro con helio, la botella pesaría aproximadamente 1 gramo menos que la misma botella llena de aire. Eso no parece mucho: la propia botella pesa más de un gramo, por lo que no flotará. Sin embargo, en grandes volúmenes, la diferencia de 1 gramo por litro entre el aire y el helio puede ser considerable. Esto explica por qué los dirigibles y los globos suelen ser bastante grandes: tienen que desplazar mucho aire para flotar. El siguiente diagrama muestra las diferentes capacidades de elevación de diferentes volúmenes de helio:
«¡Un globo de 100 pies de diámetro puede levantar 33.000 libras! Así es como puedes calcular la capacidad de elevación del helio en un globo esférico de helio:
- Determina el volumen del globo. El volumen de una esfera es 4/3 * pi * r3, donde r es el radio del globo. Así que primero determina el radio de la esfera (el radio es la mitad del diámetro). Cubica el radio (multiplícalo por sí mismo dos veces: r*r*r), multiplícalo por 4/3 y luego multiplícalo por Pi. Si estás midiendo tu globo en pies, eso te da el volumen del globo en pies cúbicos.
- Un pie cúbico de helio levantará unos 28,2 gramos, así que multiplica el volumen del globo por 28.2.
- Divida por 448 — el número de gramos en una libra — para determinar el número de libras que puede levantar.
Así, por ejemplo, un globo de 20 pies tiene un radio de 10 pies. 10* 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4.186 pies cúbicos de volumen. 4.186 pies cúbicos * 28,2 gramos/pies cúbicos = 118.064 gramos. 118.064 gramos / 448 gramos por libra = 263 libras de fuerza de elevación.
Aunque ya no se utilizan mucho, los globos de hidrógeno fueron en su día bastante populares. El hidrógeno pesa sólo 0,08988 gramos por litro. Sin embargo, es altamente inflamable, por lo que la más mínima chispa puede provocar una enorme explosión.
¿Entonces por qué el helio y el hidrógeno son mucho más ligeros que el aire? Es porque los átomos de hidrógeno y helio son más ligeros que un átomo de nitrógeno. Tienen menos electrones, protones y neutrones que los átomos de nitrógeno, y eso los hace más ligeros (el peso atómico aproximado del hidrógeno es 1, el del helio es 4 y el del nitrógeno es 14). Aproximadamente el mismo número de átomos de cada uno de estos elementos llena aproximadamente la misma cantidad de espacio. Por lo tanto, los gases formados por átomos más ligeros son más ligeros.