При нормальных условиях, литр гелия весит 0,178 г, а литр воздуха весит 1,293 г, т.е. гелий в семь раз легче воздуха. Поэтому шар, надутый гелием, весит меньше, чем объем воздуха, который этот шар занимает. Окружающий воздух давит на шар и выталкивает его из себя. Чем выше находится шарик - тем меньше воздух давит на гелиевый шар. Поэтому окружающий воздух выталкивает шар именно наверх. Шар с гелием всплывает так же как всплывает деревяшка, брошенная в воду.
Давление окружающей среды на шар называется подъемной силой (закон Архимеда). Гелиевый шар обладает летучестью, потому что на него действует подъемная (архимедова) сила. Подъемная сила зависит от объема шара – чем больше объем шара, тем больше подъемная сила.
Например, при нормальных условиях, один в обычный шар размером 12", раздутый до оптимального размера помещается около 11 литров гелия. Подъемная сила, действующая на шар составит 12,3 г = 11 х (1,293 – 0,178). Вес самого шара – около 2 г. Подъемная сила много больше веса шара и поэтому шар взлетает. Более того, он может поднять груз весов около 10 г.
Для экономии гелия, шары надувают смесью гелия с воздухом. Например, надуем шар 12" гелиево-воздушной смесью, состоящей из 60% гелия и 40% воздуха. Внутри надутого шара будет заключено 6,6 литров гелия, и 4,4 литра воздуха. Подъемная сила, действующая на шар, составит 7,4 г = 6,6 х (1,293 - 0,178 ). Вес самого шара - 2 г, вес воздуха, находящегося внутри шара 5,6 г = 1,293 х 4,4. В итоге, шар надутый гелиево-воздушной смесью легче объема воздуха, который он занимает, всего на 1,8 г = 7,4 - 5,6. Однако такой шар все равно взлетит.
На практике, шары 12" рекомендуется надувать смесью: 20% воздуха и 80% гелия. Смесью из 40% воздуха и 60% гелия смело можно надувать шары с размером 14" и более. Для смешивания гелия с воздухом существуют специальные насадки на баллоны. Так же, чтобы получить внутри шара гелиево-воздушную смесь применяют особой порядок надувания шаров.
Когда надутые латексные шары сдуваются они теряют форму и внешний вид. Время, в течении которого, шары сохраняют определенную форму и качественный внешний вид, называется временем жизни шаров. Для разных шаров время жизни составляет от 6 до 12 часов.
Определим качественный внешний вид шара через площадь видимой поверхности шара. Будем считать, что только что надутый шар имеет 100% площади видимой поверхности. Время, за которое шар сдуется на столько, что площадь видимой поверхности станет меньше 75% и будем называть временем жизни шара.
Комментариев нет:
Отправить комментарий