Balon na ogrzane powietrze
Z Wikipedii
Balon na ogrzane powietrze – najprostszy rodzaj balonu, w którym siła nośna wynika z różnicy gęstości ogrzanego powietrza wewnątrz i chłodniejszego na zewnątrz balonu. Najprostszym typem takiego balonu była historyczna montgolfiera. Zgodnie z prawem Archimedesa siła nośna balonu jest równa:
gdzie:
- V – objętość balonu (może być mniejsza, gdy balon nie jest całkowicie wypełniony)
- ρ – gęstość gazu (np. powietrza)
- g – przyspieszenie ziemskie
Siła ta jest równoważona przez wagę samego balonu oraz jego ładunku. Należy zwrócić uwagę na to, że siła nośna balonu zmienia się z wysokością, gdyż z wysokością zmienia się gęstość powietrza. Jeżeli weźmiemy pod uwagę temperaturę T na zewnątrz i wewnątrz balonu, to zgodnie z równanie Clapeyrona dla tego samego ciśnienia (dla balonu otwartego – ten sam gaz wewnątrz i na zewnątrz):
- ρzewnTzewn = ρwewnTwewn
skąd:
Widać, że nawet przy bardzo silnym ogrzaniu wnętrza balonu (ograniczeniem jest wytrzymałość powłoki – musi być cienka i lekka aby ograniczyć masę balonu), ograniczeniem będzie gęstość powietrza silnie obniżająca się wraz ze wzrostem wysokości. Pokonanie dużych wysokości wymaga stosowania bardzo dużych objętości balonu i raczej innych gazów niż powietrze – ze względów bezpieczeństwa zamiast najlżejszego gazu, czyli wodoru stosuje się hel. Często też balon na gorące powietrze może zawierać wewnątrz mniejszy napełniony helem, co oszczędza paliwo, zwiększa siłę nośną, a dalej pozwala łatwo sterować wysokością lotu balonu.