ballons à air chaud augmentent dans l'atmosphère parce que leur densité est inférieure à celle de l'air ambiant. Un pilote de ballon abaisse la densité de l'air du ballon en le chauffant. Cela provoque l'air de se développer, abaisser sa densité. Cette différence de densité, appelée force de flottabilité, est basée sur le principe de archemedes et le principe de Pascal, à la fois face à la dynamique des fluides, et fournit la portance du ballon.
Bases de flottabilité
La flottabilité est la force d'action vers le haut exercée par un fluide, dans ce cas, l'atmosphère. Basé sur le principe de la fois d'Archimède et le principe de Pascal, l'ampleur de cette force de flottabilité est égale au poids du fluide déplacé par un objet. La relation entre la taille et la masse est appelée densité. Ce ratio permet la comparaison d'une force de flottabilité des objets, indépendamment de la taille réelle de l'objet. Si l'objet est plus dense que le liquide ou de gaz, il va couler, appelé flottabilité négative. Si l'objet est moins dense, il se lèvera, appelé flottabilité positive. Plus le différentiel de densités, plus la force et plus vite l'objet augmentera ou évier.
Des exemples de Flottabilité
Dans le cas de l'eau, si un 3-lb. barre de matériau déplacé 1 lb d'eau, la force de flottabilité serait 2. Parce que cette force est inférieure à la 3-lb. la force de gravité, la barre coulerait. Cela signifie que la densité du matériau est supérieure à celle de l'eau. Toutefois, si un 3-lb. barre de matériau déplacé 5 lbs. de l'eau, la force de flottabilité résultant, négative 2, serait supérieure à la force de gravité, et la barre flotterait. Cela signifie que la densité de la barre soit inférieure à celle de l'eau. La même chose vaut pour les objets, comme un ballons à air chaud, dans l'atmosphère.
Densité d'un ballon
Il existe deux méthodes pour atteindre une flottabilité positive dans un ballon. Tout d'abord, la densité du ballonnet peut être naturellement abaissée jusqu'à un point inférieur à la densité de l'atmosphère. Ceci est réalisé en remplissant le ballon avec un gaz qui est moins dense que l'air environnant, tel que l'hélium. D'autre part, la densité de l'air dans le ballon peut être modifié de manière à abaisser au-dessous de la densité de l'air ambiant. Ceci est accompli en chauffant l'air à l'intérieur du ballon, la production d'un ballon à air chaud. Comme l'air se réchauffe, il se dilate. Cette expansion permet de réduire sa densité inférieure à celle de l'atmosphère environnante, ce qui entraîne la flottabilité, ou un ascenseur.
Flottabilité limite pour Ballons
L'augmentation de pression et de densité avec la profondeur, en raison du poids du fluide au-dessus. Cela signifie que comme un ballon monte à travers l'atmosphère, la densité de l'air ambiant diminue. À un certain point, la densité du ballon rencontrera la densité de l'atmosphère, entraînant une flottabilité neutre. À ce stade, le ballon a atteint son plafond, incapable de se lever plus loin. Cela se produit en fait juste avant une densité égale, que la force de flottabilité doit tenir compte du poids de la charge utile du ballon.