Повітроплавання

Люди завжди мріяли літати по небу як птахи.
Сьогодні ж польотом у літаку нікого не здивувати.
Але вперше люди піднялися в повітря на літальному апараті зовсім іншої конструкції.
Перший політ людини на повітряній кулі відбувся 21 листопада 1783 року.
Французькі повітроплавці Пілатр де Розьє та маркіз д'Арланд піднялися на висоту 1 кілометр і пролетіли 8 кілометрів за 25 хвилин на апараті конструкції братів Монгольф'є.
Оболонка кулі була наповнена гарячим повітрям при температурі близько ста градусів за Цельсієм.
Давайте зберемо свій власний маленький монгольф'єр.
Для його оболонки використаємо мішок для сміття об'ємом 60 літрів.
Ми вибрали в магазині найлегший мішок, який має масу 4,7 грама.
Повітря всередині мішка буде нагріватися свічками.
Ми узяли дві свічки для торта, розрізали їх на шість однакових частин і встановили на майданчику з алюмінієвої фольги.
Майданчик прикріпили до хрестовини з двох соломинок.
Хрестовина разом зі свічками важить 2 з половиною грами, так що вся зібрана конструкція має масу приблизно 7 грамів.
Закріпимо мішок на хрестовині за допомогою шматочків скотчу.
Усередині роздутого мішка знаходиться 60 літрів повітря, кожен його літр важить приблизно 1,2 грама.
Тому все повітря всередині мішка має масу приблизно 70 грамів.
Щоб монгольф'єр злетів, потрібно щоб вага повітря всередині нього зменшилася на вагу оболонки, свічок і хрестовини.
Тобто, маса повітря має зменшиться на 7 грамів.
Коли свічки нагріють повітря всередині оболонки, воно розшириться, і частина повітря вийде назовні.
Ось Монгольф'єр і стане легшим.
Ну, що ж. Пора в політ?
Через 10 днів після першого польоту монгольф'єра політ на аеростаті власної конструкції здійснив Жак Александр Шарль.
Удвох із напарником Робертом він пролетів за дві години 36 кілометрів на висоті близько чотирьохсот метрів.
Одразу ж після посадки Шарль піднявся в повітря ще раз, уже сам.
Причому на цей раз висота підйому склала три кілометри.
Апарат Шарля відрізнявся від монгольф'єра тим, що наповнювався не гарячим повітрям, а воднем.
Водень - це найлегший газ, але він вогненебезпечний.
Тому у наш час повітряні кульки і метеорологічні зонди наповнюють безпечним гелієм.
Давайте підрахуємо вантажопідйомніть цієї повітряної кульки:
об'єм кулі приблизно дорівнює половині куба її діаметра;
діаметр цієї кульки приблизно дорівнює 25 см, а її об'єм складає 8 літрів.
Літр повітря має масу один цілий дві десятих грама, літр гелію - нуль цілих дві десятих грама.
Якщо замінити повітря гелієм, кожен літр газу стане на один грам легшим.
І 8 літрів дадуть підіймальну силу 8 грамів або 8 сотих Ньютона.
Від цієї сили потрібно відняти вагу оболонки. Її маса рівна чотирьом грамам.
Тому вантажопідйомність кульки становить приблизно 4 грами або 4 сотих Ньютона.
Перевіримо наші розрахунки:
прикріпимо кульку до ваг, їх покази дійсно виявилися рівними приблизно чотирьом грамам.
А тепер запустимо на кульці який-небудь вантаж: давайте візьмемо цей гачок, він важить фактично 4 грами.
Прив'яжемо його до кульки і відпустимо.
І справді кулька повільно піднімається вгору.
Її вантажопідйомність трішки більша, ніж вага прикріпленого вантажу.