🎈 Balony

Balony z helem unoszą się, ponieważ hel ma znacznie mniejszą gęstość niż otaczające powietrze. Zgodnie z zasadą Archimedesa każdy przedmiot zanurzony w płynie doświadcza skierowanej ku górze siły wyporu równej ciężarowi wypartego płynu. Ponieważ balon wypełniony helem wypiera powietrze cięższe niż zawarty w nim hel, siła wypadkowa działająca na balon jest skierowana w górę, co powoduje jego wznoszenie.

Wybierz tryb u dołu ekranu: tryb Przebijanie pozwala kliknąć dowolny balon, by rozerwać go z konfetti, tryb Unoszenie pozwala balonom swobodnie dryfować, a tryb Polowanie wyzwala Cię do przebijania wyłącznie balonów o zadanym kolorze docelowym. Suwak Wiatr popycha balony w lewo lub w prawo, a suwak Balony ustawia, ile ich jest naraz na ekranie. Twój wynik jest śledzony w panelu w lewym górnym rogu.

Prędkość wznoszenia zależy od wypadkowej siły wyporu, obliczanej jako F = (ρ_powietrza − ρ_helu) × V × g, gdzie ρ_powietrza wynosi około 1,225 kg/m³, ρ_helu wynosi około 0,164 kg/m³, V to objętość balonu, a g to 9,81 m/s². Hel daje w przybliżeniu 1,06 grama siły unoszenia netto na litr objętości.

Zasada Archimedesa mówi, że siła wyporu działająca na przedmiot ku górze równa się ciężarowi wypartego przez niego płynu. Dla balonu w powietrzu, jeśli balon wraz z gazem waży mniej niż wyparty słup powietrza, siła wypadkowa jest skierowana w górę. Gęstość helu wynosi około 0,164 kg na metr sześcienny wobec 1,225 kg na metr sześcienny dla powietrza, co daje w przybliżeniu 1,06 grama siły unoszenia netto na litr helu.

Agencje meteorologiczne codziennie wypuszczają balony radiosondowe, które wznoszą się na 30–40 km w stratosferę, przekazując dane o temperaturze, wilgotności i ciśnieniu. NASA wykorzystuje też duże balony z polietylenu do wynoszenia teleskopów i detektorów promieniowania kosmicznego ponad 99,5% atmosfery Ziemi w misjach naukowych, przy ułamku kosztu startu rakiety.

To błędne przekonanie. Szczelnie zamknięty balon wypuszczony na Księżycu zapadłby się, ponieważ Księżyc praktycznie nie ma atmosfery zapewniającej ciśnienie zewnętrzne. Mniejsza grawitacja księżycowa oznacza, że ta sama ilość helu mogłaby unieść około sześć razy większy ładunek niż na Ziemi, ale sama objętość balonu nie zwiększyłaby się automatycznie sześciokrotnie.

Jacques Charles i bracia Robert wypuścili pierwszy bezzałogowy balon gazowy napełniony wodorem 27 sierpnia 1783 roku w Paryżu. Bracia Montgolfier zademonstrowali pierwszy balon na ogrzane powietrze zaledwie kilka tygodni wcześniej, w czerwcu 1783 roku, dzięki czemu rok 1783 stał się rokiem narodzin obu głównych technologii balonowych.

Wypór balonów łączy się z symulacjami dynamiki płynów. Symulacja Ognia i dymu przedstawia konwekcyjne wznoszenie gorącego gazu — tę samą zasadę, która stoi za lataniem balonem na ogrzane powietrze. Kominy hydrotermalne pokazują pęcherzyki gazu wznoszące się przez wodę przy użyciu tego samego równania Archimedesa. Symulacje Deszczu i Piasku pokazują odwrotne zjawisko — opadanie cząstek pod wpływem grawitacji.

Współczesne zastosowania obejmują pseudosatelity wysokościowe (HAPS), które krążą na wysokości 20 km przez miesiące, zapewniając zasięg internetu, wojskowe aerostaty przenoszące radary i kamery obserwacyjne oraz Project Loon firmy Google, który wykorzystywał balony stratosferyczne do dostarczania sygnału LTE na obszarze setek kilometrów na jeden balon.

Naukowcy rozwijają pojazdy o zmiennej wyporności, które kontrolują wysokość poprzez sprężanie lub rozszerzanie objętości gazu. Koncepcja NASA Venus Aerial Vehicles zakłada platformy balonowe unoszące się na poziomie chmur Wenus. Starty typu rockoon wykorzystują balony wysokościowe do wynoszenia małych rakiet ponad większość atmosfery przed zapłonem. Powłoki z grafenu obiecują balony, które zatrzymają hel przez tygodnie zamiast godzin.