Balões de Hélio funcionam segundo a mesma lei da flutuabilidade. Neste caso, o balão de hélio que se segura por um fio está a flutuar numa “piscina” de ar (quando se está debaixo de água no fundo de uma piscina, está-se numa “piscina de água” talvez a 3 metros de profundidade — quando se está num campo aberto, está-se no fundo de uma “piscina de ar” que tem muitos quilómetros de profundidade). O balão de hélio desloca uma quantidade de ar (tal como a garrafa vazia desloca uma quantidade de água). Enquanto o hélio mais o balão for mais leve do que o ar que desloca, o balão flutuará no ar.
Acontece que o hélio é muito mais leve do que o ar. A diferença não é tão grande como é entre água e ar (um litro de água pesa cerca de 1.000 gramas, enquanto um litro de ar pesa cerca de 1 grama), mas é significativa. O hélio pesa 0,1785 gramas por litro. O nitrogénio pesa 1,2506 gramas por litro, e como o nitrogénio constitui cerca de 80% do ar que respiramos, 1,25 gramas é uma boa aproximação do peso de um litro de ar.
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Por isso, se se enchesse uma garrafa de refrigerante de 1 litro cheia de hélio, a garrafa pesaria cerca de 1 grama menos do que a mesma garrafa cheia de ar. Isso não soa muito — a garrafa em si pesa mais de uma grama, por isso não flutua. No entanto, em grandes volumes, a diferença de 1 grama por litro entre o ar e o hélio pode realmente somar-se. Isto explica porque é que os balões e os balões são geralmente bastante grandes — têm de deslocar muito ar para flutuar. O diagrama seguinte mostra as diferentes capacidades de elevação de diferentes volumes de hélio:
“Um balão de 100 pés de diâmetro pode levantar 33.000 libras! Eis como se pode calcular a capacidade de elevação do hélio num balão de hélio esférico:
- >li>>determinar o volume do balão. O volume de uma esfera é 4/3 * pi * r3, onde r é o raio do balão. Assim, determinar primeiro o raio da esfera (o raio é metade do diâmetro). Cubrir o raio (multiplicá-lo por si mesmo duas vezes: r*r*r), multiplicar por 4/3 e depois multiplicar por Pi. Se medir o seu balão em pés, isso dá-lhe o volume do balão em pés cúbicos.li> Um pé cúbico de hélio levantará cerca de 28,2 gramas, portanto multiplique o volume do balão por 28.2.
- Divide por 448 — o número de gramas numa libra — para determinar o número de libras que pode levantar.
Assim, por exemplo, um balão de 20 pés tem um raio de 10 pés. 10* 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4,186 pés cúbicos de volume. 4,186 pés cúbicos * 28,2 gramas/pés cúbicos = 118,064 gramas. 118,064 gramas / 448 gramas por libra = 263 libras de força de elevação.
Embora já não sejam muito utilizados, os balões de hidrogénio já foram bastante populares. O hidrogénio pesa apenas 0,08988 gramas por litro. No entanto, é altamente inflamável, pelo que a menor faísca pode causar uma enorme explosão.
Então porque é que o hélio e o hidrogénio são tão mais leves do que o ar? É porque os átomos de hidrogénio e de hélio são mais leves do que um átomo de azoto. Têm menos electrões, prótons e neutrões do que os átomos de azoto, e isso torna-os mais leves (o peso atómico aproximado do hidrogénio é 1, o hélio é 4 e o azoto é 14). Aproximadamente o mesmo número de átomos de cada um destes elementos preenche aproximadamente a mesma quantidade de espaço. Portanto, os gases feitos de átomos mais leves são mais leves.