Balony z helem działają według tego samego prawa wyporu. W tym przypadku, balon z helem, który trzymasz za sznurek, unosi się w „basenie” powietrza (kiedy stoisz pod wodą na dnie basenu, stoisz w „basenie wody” o głębokości może 10 stóp – kiedy stoisz na otwartym polu, stoisz na dnie „basenu powietrza” o głębokości wielu mil). Balon z helem wypiera pewną ilość powietrza (tak jak pusta butelka wypiera pewną ilość wody). Tak długo, jak hel w balonie jest lżejszy od powietrza, które wypiera, balon będzie unosił się w powietrzu.
Okazuje się, że hel jest dużo lżejszy od powietrza. Różnica nie jest tak duża jak między wodą a powietrzem (litr wody waży około 1000 gramów, a litr powietrza około 1 grama), ale jest znacząca. Waga helu wynosi 0,1785 grama na litr. Azot waży 1,2506 grama na litr, a ponieważ azot stanowi około 80 procent powietrza, którym oddychamy, 1,25 grama jest dobrym przybliżeniem wagi litra powietrza.
Reklama
Więc, jeśli napełniłbyś litrową butelkę sody helem, ważyłaby ona około 1 grama mniej niż ta sama butelka wypełniona powietrzem. To nie brzmi jak dużo – butelka sama w sobie waży więcej niż gram, więc nie będzie się unosić. Jednak w dużych objętościach różnica 1 grama na litr między powietrzem a helem może się naprawdę zwiększyć. To wyjaśnia, dlaczego bimpy i balony są zazwyczaj dość duże – muszą wyprzeć dużo powietrza, aby się unosić. Poniższy diagram pokazuje różne możliwości uniesienia różnych objętości helu:
Balon o średnicy 100 stóp może unieść 33 000 funtów! Oto jak można obliczyć udźwig helu w kulistym balonie helowym:
- Określ objętość balonu. Objętość kuli wynosi 4/3 * pi * r3, gdzie r jest promieniem balonu. Więc najpierw określ promień kuli (promień jest połową średnicy). Zmniejsz promień do sześcianu (pomnóż go przez siebie dwa razy: r*r*r), pomnóż przez 4/3, a następnie pomnóż przez Pi. Jeśli mierzysz swój balon w stopach, daje to objętość balonu w stopach sześciennych.
- Jedna stopa sześcienna helu uniesie około 28,2 grama, więc pomnóż objętość balonu przez 28.2.
- Podziel przez 448 — liczbę gramów w funcie — aby określić liczbę funtów, które może unieść.
Więc, na przykład, balon o średnicy 20 stóp ma promień 10 stóp. 10* 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4,186 stóp sześciennych objętości. 4,186 stóp sześciennych * 28,2 gramów/stopy sześcienne = 118,064 gramów. 118,064 gramów / 448 gramów na funt = 263 funty siły nośnej.
Ale nie używane już zbyt często, balony na wodór były kiedyś dość popularne. Wodór waży zaledwie 0,08988 grama na litr. Jest on jednak wysoce łatwopalny, więc najmniejsza iskra może spowodować ogromną eksplozję.
Dlaczego więc hel i wodór są o wiele lżejsze od powietrza? To dlatego, że atomy wodoru i helu są lżejsze od atomów azotu. Mają one mniej elektronów, protonów i neutronów niż atomy azotu, a to czyni je lżejszymi (przybliżona masa atomowa wodoru wynosi 1, helu 4, a azotu 14). Mniej więcej taka sama liczba atomów każdego z tych pierwiastków wypełnia mniej więcej taką samą ilość przestrzeni. Dlatego gazy zbudowane z lżejszych atomów są lżejsze.