Istraživački rad "misterij balona". Zašto baloni lete? Zašto balon poleti

Baloni se dižu jer je plin koji ih ispunjava lakši od okolnog zraka. Mnogi plinovi, posebice vodik i helij, imaju nižu gustoću od zraka. To znači da pri određenoj temperaturi imaju manju masu po jedinici volumena od zraka.

Kada se takvi lagani plinovi upumpavaju u balon, on će se dizati sve dok ukupna težina plinskog omotača, košare, težine i kabela ne bude manja od težine zraka istisnutog balonom. (Budući da se zrak u fizici smatra tekućim medijem, ovdje vrijedi isti zakon kao i za tijela uronjena u tekućinu.) Vrući zrak, koji ima manju gustoću od hladnog zraka, također se diže. Iako vrući zrak nije lagan kao neki plinovi, sigurniji je i lakši za proizvodnju pomoću propanskih plamenika postavljenih ispod vrata ljuske balona, ​​koja je obično izrađena od lagane tkanine poput ojačanog najlona. Baloni na vrući zrak obično ostaju u letu nekoliko sati, ali bez dodatnog zagrijavanja zraka unutar omotača postupno će gubiti visinu.

Molekule na različitim temperaturama

• Kada je zrak hladan, molekule se kreću polako i blizu su jedna drugoj.
• Kad se zrak zagrije,molekule se počinju brže kretati i razilaze se na strane, ispunjavajući veći volumen.
• Budući da je zagrijani zraknastavlja širiti, postaje manje gusto.
• Kad se zrak ohladimolekule gube brzinu, volumen se smanjuje, a gustoća se povećava.

1. Balon leži na boku. Propanski plamenici zagrijavaju zrak unutar školjke, što uzrokuje njeno napuhavanje i podizanje.
2. Vrući, lagani zrak (slika ispod teksta) uzdiže se unutar školjke, a zatim teče niz njezine stijenke. Hladan zrak se istiskuje kroz vrat, težina školjke sa zrakom se smanjuje i balon se diže.
3. Piloti održavaju ili povećavaju visinu leta povremenim paljenjem plamenika. Sve dok je zrak unutar ljuske topliji od vanjskog, sila podizanja nadvladava silu privlačenja.
4. Balon se spušta dok se zrak koji ga ispunjava hladi i skuplja. Piloti mogu ubrzati svoje spuštanje ispuštanjem vrućeg zraka kroz rupu na vrhu balona.

Interakcija tlaka, volumena i temperature

Međuovisnost triju parametara. Tlak, volumen i temperatura plina su međusobno povezani. Na sobnoj temperaturi (blizu slike desno), kretanje molekula plina unutar posude stvara određeni tlak. Ako je volumen > manji od polovice (srednja slika desno), unutarnji se tlak udvostručuje. Kada se zrak zagrijava (krajnje desno), njegov tlak raste, a volumen se povećava proporcionalno porastu temperature.

Civilno zrakoplovstvo je nekada počelo s balonima: prije aviona i helikoptera bilo je kao hodanje do Mjeseca, a ljudi su počeli letjeti na balonima još u 18. stoljeću. Danas ćemo vam reći kako se to događa 21.: Otišao sam u Kapadokiju - regiju u središnjoj Turskoj - gdje se masovni letovi obavljaju gotovo svaki dan; balona u zraku - nekoliko desetaka u isto vrijeme, a putnika, odnosno nekoliko stotina.

Malo fizike. Kako leti balon na vrući zrak

Suvremeni putnički balon ispravno se naziva balon na vrući zrak, odnosno balon na vrući zrak - po imenu braće Montgolfier, koji su 1783. godine izveli prvi let na zrakoplovu ovog tipa. U sklopu zamjene uvoza postala je popularna priča da je zapravo prvi balon na vrući zrak prije pola stoljeća napravio ruski izumitelj Kryakutnoy, ali to je samo varka nastala nakon francuskog leta i promovirana u sovjetsko vrijeme.

Princip leta balona na vrući zrak vrlo je jednostavan: unutar njegove ljuske nalazi se zrak čija je temperatura viša od temperature okolnog zraka. Budući da je gustoća toplog zraka manja, on, prema Arhimedovom zakonu, teži prema gore pod djelovanjem uzgonske sile. Istodobno, sama školjka i nosivost privlače se na Zemlju (granata je cca 25x15 m s košarom i sva oprema teška 400-500 kg, plus putnici: u našoj košari je bilo dvadeset ljudi). Jednakost ovih sila omogućuje balonu da "lebdi" u zraku na određenoj visini.

Kako se leti balonom

Glavni upravljački element balona na vrući zrak je plinski plamenik smješten ispod školjke i usmjeren prema gore. Sagorijeva mješavinu propana i butana, koja se unosi u cilindre slične onima koje mnogi ljetni stanovnici imaju u kuhinji. Uz pomoć vatre zagrijava se zrak u ljusci; temperatura raste, lopta se diže. Ovisno o volumenu školjke (2-5 tisuća kubičnih metara zraka), nosivosti i temperaturi okoline, temperatura unutar je 50-130 stupnjeva Celzija. Zrak u ljusci se stalno hladi i lopta počinje opadati, tako da morate povremeno "uključiti toplinu" kako biste održali konstantnu visinu. Općenito, sve je jednostavno: više vatre - dižemo se, manje vatre - održavamo visinu, malo-malo-malo-malo-malo vatre - spuštamo se.

Međutim, da biste se spustili, ne možete čekati da se zrak ohladi: u gornjem dijelu školjke nalazi se ventil koji se može otvoriti i zatvoriti užadima. Ako ga otvorite, izići će dio toplog zraka i lopta će poletjeti dolje.

Sa sobom nose najmanje dvije plinske boce (jedan glavni, drugi rezervni) - to je dovoljno za oko sat vremena leta, variometar za mjerenje vertikalne brzine i voki-toki za komunikaciju s pilotima drugih lopti i vozila za pratnju ( više o njima u nastavku). I, što je najvažnije, nema vreća s pijeskom. Koriste se kao balast na plinskim balonima (s helijem i drugim sličnim plinovima unutra), a balon na vrući zrak nije potreban.

Gornji ventil je otvoren, balon se ispuhuje. Obratite pažnju na broj. U Turskoj su baloni registrirani kao TC-Bxx, na primjer, TC-BUM. U Rusiji su registrirani u Registru općeg zrakoplovstva i imaju brojeve RA-xxxxG. Svaki balon ima potvrdu o plovidbenosti, sve je kako treba.

Kamo ide balon?

Možemo kontrolirati samo vertikalnu brzinu balona. Leti vodoravno kamo god ga vjetar odnese. Zato je balon neprikladan kao punopravno vozilo: to je još uvijek letjelica za razonodu. Unatoč tome, letove na balonima reguliraju zrakoplovne vlasti ništa manje nego na zrakoplovima. Svaki balon ima upis u registar zrakoplova i pripadajući broj na brodu, a piloti (ima ih dva) - dozvolu. Letovi se izvode prema pravilima vizualnih letova, odnosno uz dobru vidljivost preduvjet je i odsutnost jakog vjetra. Problem je u tome što možete letjeti samo rano ujutro u zoru ili, obrnuto, pri zalasku sunca: tijekom dana, uzlazne zračne struje sa zemljine površine zagrijane suncem čine letove nesigurnim (a ujutro ima gore i dolje strujanja , samo ne tako jako). Tako možete lako doći u situaciju da ste stigli, ali niste nikamo letjeli - planirajte za svaki slučaj nekoliko dana odjednom!

Svaki balon ima svoje vozilo za pratnju: džip s ravnom prikolicom veličine košare. Jeep - jer će lopta sletjeti, najvjerojatnije ne na cestu. Akrobatika slijeće izravno na platformu; mnogo hladnije nego staviti lovac na nosač zrakoplova.

Ako se loptice sudare jedna s drugom u zraku, onda ... ništa se ne događa, samo se odbijaju i lete dalje. Općenito, loptice se prilično teško sudare: uostalom, vjetar ih nosi u istom smjeru.

Kako je let balonom na vrući zrak

Prvo ste dovedeni do vašeg balona na vrući zrak. U ovom trenutku još uvijek leži na tlu, košara je na boku, a uz pomoć snažnog ventilatora školjka se puni zrakom, a istovremeno je zagrijava plamenikom. U nekom trenutku, mlitava lopta postaje elastična i uzdiže se. Košara je prevrnuta, putnici sjede u njoj, penju se preko bočne strane. Unutra se nalaze pojasevi u dvije točke, koje, međutim, malo tko koristi, kao i užad za koja ćete se morati držati pri slijetanju. Brifing prije leta, zapravo, leži u činjenici da pri slijetanju svakako morate sjesti i držati se za užad, jer postoji velika vjerojatnost da se košara prevrne: to će izbjeći ozljede.

Priprema za let

Pilot daje više vatre i ... lopta se glatko uzdiže prema gore i u stranu. Osjećaj je kao da se vozite na Ferris kotaču, samo puno više. A u isto vrijeme, nema buke i vibracija, pa se ni iskusni aerofobi ne boje. A čak ni oni koji se boje visine (a balon se diže do 1500 m s prosječnom visinom leta od oko 500) se ne boje: zbog visoke (oko 1,5 metara) strane košare nemoguće je ispasti iz to, a stojeći stav izaziva pogled ne dolje, već u stranu. Neopisiva ljepota! Pravi Tatooine! Turski piloti pokušavaju letjeti na način da se približe stijenama, "dimnjacima" i daju im priliku da ih vide, spuste se gotovo do krovova kuća drevnih sela - naravno, sve se može fotografirati i snimiti , glavna stvar je da ne ispustite kameru.

Visina leta doseže 1500 m

Inače, na visini nema vjetra - točnije, ne osjeća se, jer letite zajedno s ovim vjetrom!

Kako letjeti u balonu na vrući zrak

Kapadokija je, kao što ste već shvatili, mjesto gdje su letovi balonom razvijen i popularan oblik rekreacije. Morat ćete doći do grada Urgupa, koji je udaljen 70 km od Kayserija, gdje se nalazi najbliža civilna zračna luka (ASR). Postoji nekoliko dnevnih letova za Kayseri iz Istanbula (IST i SAW) lokalnih avioprijevoznika: Turkish Airlines, Anadolujet, Pegasus Airlines itd. Let traje oko sat i pol. Naravno, do samog Istanbula leti mnogo različitih avioprijevoznika – od Aeroflota i Turkish Airlinesa do Onur Aira i Pobede. Kupnjom dvije odvojene karte za Istanbul i za Kayseri možete puno uštedjeti (i u isto vrijeme provesti nekoliko dana u Istanbulu).

Niski prijelaz preko planine - jedan od akrobatika u balonima

U Urgupu postoji više od desetak zračnih prijevoznika s balonima; Let možete kupiti i preko njihovih ruskih partnera jednostavnim upisivanjem odgovarajućeg zahtjeva na Google - zgodno je ako ne znate turski i želite sve planirati unaprijed, ili možete izravno u hotelu u Urgupu, ali sve ovisi o hotel. Vodite se činjenicom da je trošak jednosatnog leta 13.000 rubalja po osobi, uključujući transfer od vašeg hotela i natrag te skroman doručak u neposrednoj blizini početne točke (čaj, kava, lepinje).

Video (brifing prije leta, prolaz na malim visinama, slijetanje na nosač zrakoplova, čišćenje balona).

Postoji nekoliko teorija koje objašnjavaju razloge sposobnosti balona da lete. U širem smislu, ovaj proces je posljedica omjera težine zraka i plina. Ako je balon pun...

Postoji nekoliko teorija koje objašnjavaju razloge sposobnosti balona da lete. U širem smislu, ovaj proces je posljedica omjera težine zraka i plina. Ako je balon napunjen plinom, onda se diže i ne pada na tlo. Kada se napuni zrakom, na primjer, kada osoba sama napuhne balon, njegova sposobnost letenja se smanjuje. Plin je puno lakši od zraka, zbog čega najbolje lete baloni punjeni helijem.

Ovisno o punjenju, baloni mogu izvoditi različite manipulacije.:

• ako je balon napunjen ugljičnim dioksidom, zrakom ili argonom, tada će letjeti gore;
• neon, metan, dušik, helij i vodik čine da lopta brzo poleti zbog minimalne težine ovih plinova i velike razlike u masi zraka.

Let balonom s gledišta fizike

Sa stajališta fizike, svako tijelo smješteno u plin ili tekućinu podliježe sili pomaka jednakoj težini tijela. Balon je u ovom slučaju tijelo "postavljeno" u zrak. Jer plin koji puni balon čini ga lakšim od zraka, tada počinje djelovati sila uzgona. Zbog toga se lopta brzo podiže i počinje letjeti.

Uz pomoć fizike može se objasniti i razlog ne baš dobrih letnih svojstava balona ispunjenih zrakom. Težina je u ovom slučaju gotovo ista, pa lopta može samo lebdjeti u zraku, ali bez sile pada na tlo.

Let balona u zraku usporediv je s plovidbom brodova po vodi. I u prvom i u drugom slučaju lakše tijelo istiskuje teška voda ili zrak. Štoviše, voda i zrak posjeduju gotovo isti stupanj uzgona.

Zašto baloni lete

Veliki baloni dizajnirani za aeronautiku lete iz istih razloga kao i mali baloni igračke. Objašnjenje za sposobnost letenja u ovom slučaju su i zakoni fizike. Veličina lopte, težina koša i putnici u bliskoj su međusobnoj povezanosti. Lopta se diže zagrijavanjem zraka u njoj i nastalog plina. Uslijed tog udara lopta postaje lakša od zraka i na nju djeluje sila uzgona.

Kontrola balona

Nemoguće je kontrolirati bilo kakve balone. Glavna pokretačka snaga je uvijek zrak ili vjetar. Ako pustite mali balon i držite ga za konac, tada ga, unatoč naporima, nećete moći okrenuti u pravom smjeru. Slična se situacija događa i s loptama za aeronautiku. Jedino što putnici u košari mogu učiniti je spustiti balon do razine tla ili ga podići više u zrak. Visina se dobiva smanjenjem težine (posebni utezi se ispuštaju), a lopta se smanjuje smanjenjem količine plina kontroliranjem temperature zagrijavanja zraka unutar gumiranog materijala. Temperatura se mijenja promjenom razine plamenika.

Zašto su baloni i zračni brodovi punjeni vodikom ili helijem

Kao djeca, svi su se igrali balonima. Nitko se nije pitao zašto su baloni punjeni vodikom ili helijem. Da bismo odgovorili na ovo pitanje, prisjetimo se nekih pitanja iz školskog tečaja fizike.

Malo fizike

Ako je tijelo u zraku, na njega djeluje više sila. Najveći utjecaj imaju Arhimedova sila i težina. Njihova razlika se zove podizanje. Ako su jednaki, tada balon slobodno visi ili se kreće kroz zrak u zamršenim krivuljama, čiji oblik ovisi o strujama. Ako je Arhimedova sila veća od težine, na balon djeluje sila dizanja prema gore.

Težina zrakoplova se sastoji od samog plina, ljuske u kojoj se nalazi i tereta koji se podiže.

Ako se ljuska napuni običnim zrakom na temperaturi okoline, balon se neće dići. Zrak treba zagrijati. Stoga balon mora biti opremljen plamenikom za stalno zagrijavanje zraka unutar ljuske.

Arhimedova sila ovisi o volumenu ljuske i razlici između gustoće zraka i plina u njoj.

S povećanjem nadmorske visine temperatura opada, tlak zraka i njegova gustoća u zatvorenoj ljusci opadaju. U skladu s tim, Arhimedova sila se smanjuje, a lopta se počinje spuštati. Kako se to ne bi dogodilo, u donjem dijelu školjke napravljena je rupa ispod koje se postavlja plamenik. Smanjenjem ili povećanjem količine sagorjelog goriva možete kontrolirati visinu leta.

Zrakoplovi sa zatvorenim omotačem koriste plinove koji na istoj temperaturi imaju gustoću manju od gustoće okolnog zraka.

Među dostupnim plinovima, vodik ima najmanju gustoću. U industriji se proizvodi u velikim količinama, pa je njegova cijena relativno mala.

Danas je iz sigurnosnih razloga sferna školjka balona ispunjena helijem. Ovaj rijedak kemijski element prvi je put otkriven spektralnom analizom na Suncu i dobio je ime Helios, što znači solarno. Mnogo kasnije, ovaj plin je otkriven na zemlji.

Na istoj temperaturi, gustoća helija je 10 puta manja od zraka. Vodik ima još bolji pokazatelj - 20. Stoga su u početku kuglice bile napunjene vodikom. Ali, za razliku od helija, on je zapaljiv i eksplozivan plin. Korištenje ovog elementa je sigurno, ali balon napunjen helijem ima mnogo manje podizanja.

Malo povijesti

Veliki baloni zovu se aerostati, a u prošlosti su se uglavnom koristili za znanstvena istraživanja. Većina njih bile su kugle različitih promjera.

Najveći balon zapremine kugle veće od 4000 m³ poletio je u jesen 2010. godine. U njegovoj gondoli putovalo je 36 ljudi.

Maksimalna visina na koju se balon popeo je više od 21 km. Rekordni let napravio je indijski državljanin Vijaypat Singhania 2005. Balon je bio ispunjen toplim zrakom.

Početkom i sredinom prošlog stoljeća zračni brodovi u obliku cigare koristili su se za prijevoz ljudi i robe.

Najveći zračni brod u povijesti čovječanstva, Hindenburg, dizajniran je u nacističkoj Njemačkoj kasnih 30-ih godina. Napravio je 21 let preko Atlantika i umro 1937. U to vrijeme u Njemačkoj nije bilo helija i svi Hindenburgovi spremnici bili su napunjeni vodikom. Uzrok nesreće je nepoznat. Nakon tragedije, baloni i zračni brodovi punjeni vodikom ne koriste se za prijevoz putnika. Koriste se samo u znanstvene svrhe.

Balon nema ni motore ni kormilo na koje smo navikli. Od cjelokupnog tehnološkog arsenala - samo plamenici, vreće s pijeskom i poseban ventil u gornjem dijelu kupole za zračno jetkanje. Kako upravljati ovim zrakoplovom?

Iz povijesti aeronautike

Rođenje balona bilo je prvo pravo utjelovljenje vjekovnog sna čovječanstva da osvoji peti ocean. Godine 1306. francuski misionar Bassu prvi je opisao kako je, dok je bio u Kini, svjedočio letenju balona tijekom stupanja na prijestolje cara Fo Kiena.

No, rodnim mjestom aeronautike smatra se francuski grad Annone, gdje su 5. lipnja 1783. braća Etienne i Joseph Montgolfier podigli u nebo sferni balon koji su sami stvorili ispunjen zagrijanim zrakom.

Let zrakoplova težine oko 155 kg i promjera 3,5 metara trajao je samo 10 minuta. Za to vrijeme prešao je oko kilometar na 300 metara visine, što je bio izuzetan događaj za njegovo vrijeme. Kasnije su se baloni u čast kreatora počeli zvati baloni na vrući zrak.

Balon braće Montgolfier sastojao se od platnene školjke prekrivene papirom. Da bi se napunio vrućim zrakom, ložena je vatra od sitno nasjeckane slame. I 3 mjeseca kasnije u dizajn zrakoplova napravljen je dodatak u obliku posebne košare za putnike.

Moderni baloni su nesumnjivo savršeniji, ali su izrađeni na gotovo isti način. Za izradu sferne ljuske lopte koristi se poseban tanak i izdržljiv poliesterski materijal. Sustav grijanja zraka se promijenio. Funkciju vatre obavlja podesivi propan plinski plamenik ugrađen u košaru neposredno ispod kupole.

Unatoč tome što su jako ovisni o vjetru, moderni baloni na vrući zrak su upravljivi. Visina leta podešava se otvorom na vrhu nadstrešnice s prekidnom užetom. Za promjenu smjera predviđen je bočni ventil. Postoje i složeniji dizajni, gdje se unutar glavne kupole može postaviti još jedan napunjen helijem.

Kako letjeti balonom s košarom

Kontrola balona je aktivnost koja zahtijeva ozbiljne pripreme i znatne financijske troškove. Dovoljno je reći da tečaj obuke pilota balona danas košta oko 200.000 rubalja. Cijena samog balona (ovisno o modelu) srazmjerna je cijeni automobila.

Trening

Letu prethodi pažljiva priprema. Prije svega potrebno je proučiti vremenske uvjete – naoblaku, vidljivost i brzinu vjetra. Sukladno zaprimljenim podacima planira se ruta leta. Zbog nepredviđenih promjena vremenskih uvjeta, upravo se takva ruta bira tamo gdje na putu ima dovoljno mjesta za sigurna slijetanja.

Polijetanje

Da bi balon poletio nužni su napori cijele posade. Najbolja opcija za početnu točku je ravna površina 50 x 50 metara na otvorenom polju, gdje u blizini nema stranih objekata - stupova, drveća, dalekovoda.

Zatim počinje montaža lopte: na košaru su pričvršćeni plamenici, koji su posebnim crijevima povezani s plinskim bocama. Nakon probnog rada plamenika, posada nastavlja s rastezanjem nadstrešnice (obavezno u smjeru vjetra). Nadalje, rastegnuta kupola pričvršćena je na košaru posebnim karabinerima.

Sljedeći korak je punjenje kupole hladnim zrakom pomoću ventilatora, nakon čega plamenik počinje zagrijavati zrak. Zagrijani zrak podiže kupolu sa tla, a posada (s putnicima) zauzima svoja mjesta. Da lopta ne bi odletjela, prvo se veže za auto.

Let

Unatoč nedostatku motora i krila, balon je upravljiv, što zahtijeva određene vještine. Glavne kontrole su plamenici i ispušni ventil. Za penjanje, plamenik se uključuje i zrak se dodatno zagrijava, a za spuštanje ventil se lagano otvara. Horizontalni let nastaje zbog vjetra u leđa. Ovdje dolazi do izražaja vještina pilota. Dakle, da bi brže letio, može povećati visinu leta gdje je brzina vjetra veća.

Silazak

Mjesto slijetanja odabire se unaprijed. Mora biti velik i siguran. Idealna opcija je nogometno igralište uz autocestu. Posada radio-vezom javlja na zemlju o mjestu slijetanja. Zatim pilot ispušta zrak iz kupole pomoću ventila. Lopta polako pada na tlo.

Chernyshova Ekaterina, učenica 1 "A" razreda MBOU srednje škole br. 18

Preuzimanje datoteka:

Pregled:

Za korištenje pregleda prezentacija stvorite Google račun (račun) i prijavite se: https://accounts.google.com

Naslovi slajdova:

Projekt na temu: "Zašto balon leti?" Završila: učenica 1. razreda MBOU srednje škole br. 18 Chernyshova Ekaterina Aleksandrovna Voditeljica: Didenko Olga Nailevna

Relevantnost: baloni se mogu naći na bilo kojem odmoru Svrha: utvrditi razlog zašto se balon diže. Hipoteza: Različita svojstva plina unutar balona i zraka izvana potiskuju balon prema gore.

Zadatci su saznati kojom je tvari ispunjen balon; razmotriti pojam gustoće kroz masu; istražiti gustoću tvari dostupnih u kući raznim metodama Metode i metode: pokusi u pristupačnim uvjetima.

Balon je bio napunjen helijem. Polijeće jer je gustoća helija manja od gustoće zraka (uvjet da tijela lebde).

Gustoća pokazuje koliko je tvari sadržano u jedinici volumena. Što je veća masa, to je veća gustoća tvari. ρ (ro) - kg/m³

Masa vode – Mw Masa nafte – Mm Mw > Mm => ρw > ρm Gustoća vode – ρw Gustoća vode – ρm Mw =114 g Mm=108 g

ρ u > ρ m

Na temelju uvjeta plutajućih tijela ρ d - gustoća stabla od kojeg je napravljena kocka ρ u > ρ d

Zaključak: balon napunjen helijem ima tendenciju podizanja, jer je njegova gustoća manja od gustoće zraka. Određivanjem gustoće dokazao sam da je gustoća ulja manja od gustoće vode. Također je provodila eksperimente i uspoređivala gustoću raznih dostupnih tvari.