Почему воздушные шары летают?
Большинство детей (по крайней мере, любознательных) интересуются, почему воздушный шарик поднимается вверх. И вместе с ними некоторые взрослые тоже бы не прочь узнать, почему летает гелиевый воздушный шарик (если они пропустили эту страницу общего образования в процессе своего взросления из ребёнка). Для первых и для вторых, мы с радостью и улыбкой пишем эту статью, чтобы ни у кого более не было пробелов в образовании касаемо вопроса, почему воздушные шарики с гелием внутри летают (спойлер: здесь нет никакого волшебства!).
Почему взлетают воздушные шарики?
Короткий ответ: потому как шарики, наполненные лёгким газом, легче воздуха. Всё дело в их плотности, подчиняющейся законам физики, существующим в обозримой части нашей Вселенной.
Плотность газов, имеющих значение для этой статьи, следующая:
- 0,178 кг/м3 – гелий;
- 1,2920 кг/м3 – воздух;
- 1,9768 кг/м3 – углекислый газ.
Все значения приведены для температуры в 0° С при нормальном атмосферном давлении у уровня мирового океана.
Так, шарик, наполненный гелием, в 7,26 раз легче воздуха. И он будет выталкиваться из атмосферы, следуя непременным законам термодинамики, постулирующим о термодинамическом (и, следовательно), об энергетическом равновесии. Как следствие, выталкиваться он перестанет спустя какое-то время, только придя в равновесие с силой давления окружающего его пространства на какой-то высоте. Обычно порогом небесной высоты для шарика, наполненного хотя бы техническим («грязным») гелием, считается 9000 метров над уровнем моря. Хотя есть расчётные предположения, что шарики из плотного материала могут подняться ещё на 2-3 км ввысь без боязни быть разорванными. Вот почему взлетает воздушный шарик, надутый гелием, который вы неаккуратно отпустили на празднике, потерявшись из виду, вскорости ставши точкой в небе, независимо от того, какой формы это украшение было всего несколько мгновений до того.
Гелий и вода
Для понимания: плотность воды у поверхности – 997 кг/м3, а это – в 5601 раз более высокая плотность, нежели у гелия! Значит, вы почти наверняка не сможете полностью погрузить шарик с гелием в воду без того, чтобы он разорвался от напряжения (сделать так можно будет не за хвостик или верёвочку, а только плотно обхватив его руками и телом – но и тогда есть вероятность того, что вы с шариком будете плавать на поверхности, не погрузившись даже на половину объёма вашего тела). Аналогичным образом будут поступать шарики, наполненные водородом, хотя такое наполнение не безопасно для человека (водород делает большой бада-бум, когда взрывается).
Шарики, надутые ртом
Что находится внутри у шарика, который надувается ртом? Смесь из углекислого газа и воздуха, выходящая из наших лёгких. Как видно из цифр, приведённых ранее, углекислый газ (он же двуокись углерода) в 1,53 раза тяжелее воздуха. Будет, однако, ошибочным предполагать, что при каждом выдохе из наших лёгких вырывается стопроцентная углекислота, поэтому значение плотности выдыхаемых нами газов находится в каком-то промежутке между плотностями углекислоты и воздуха. Добавьте к этому, пусть и незначительный, но существующий, собственный вес шарика – и получите результат, к которому мы все привыкли с детства: шарик из каучука, латекса или фольги, надутый ртом, тут же опускается на пол. Танцевать в воздухе он может только под действием ветра или хорошего пинка. Вот почему воздушные шарики плавают в воздухе, но не взмывают ввысь, будучи надутыми нашими лёгкими.
Кстати, вы можете у нас купить фантастическое многообразие воздушных шариков на любое торжество, будь то свадьба, корпоратив или день рождения. Мы можем с лёгкостью и качественно надуть шары гелиевыми баллончиками, любого размера, чтобы они стремились радовать вас своей парящей красотой! Обращайтесь к нам прямо сейчас!
