زنگ تفریح 263
پس از این که ناسا مدتی در تحقیقات خود از بالون‌های هلیومی خودکار استفاده کرد که به طرح علم و مطالعه‌ی بالونی مشهور بود به این نتیجه رسید که دیگر زمان به انتشار عمومی این فناوری رسیده است طوری که امروزه از بالون‌های هوایی به عنوان وسیله‌ی سرگرمی در پارک‌ها نیز استفاده می شود اما بیایید با عملکرد این بالون‌ها بیش‌تر آشنا شویم.
 |
وقتی هوا به تدریج گرم می‌شود به سمت بالا حرکت می‌کند و سریعا جای آن با هوای سرد اطرافش پر می‌شود. دلیل این صعود را می‌توان به کمتر بودن چگالی هوای گرم از هوای سرد نسبت داد زیرا با گرم شدن حجم هوا افزایش و در نتیجه چگالی کاهش می‌یابد. همین قانون ساده نیز در بالون‌ها برقرار است. در آن‌ها نیز یک منبع گرمایی وجود دارد که به صورت یک سبد چوبی آویخته شده که هوا را گرم می‌کند فقط این هوای گرم در یک کیسه‌ی بزرگ محبوس می‌شود. نیروی شناوری (buoyant force) که توسط هوای سرد به دلیل حضور هوای گرم بر کیسه‌ی بالون وارد می‌شود باعث می‌شود بالون به تدریج بالا برود. نیروی شناوری که بر هوای گرم وارد می‌شود دقیقا هما نیروی شناوری است که در قانون ارشمیدس بیان شده است (هر جسمی که تماما یا بخشی از آن در یک مایع فرو رود بر آن نیرویی برابر با وزن آب جابه‌جا شده (خارج شده) به سمت بالا وارد می‌شود.) حال اگر وزن آب خارج شده از وزن جسم کمتر باشد جسم در آب فرورفته و در کف ظرف قرار می‌گیرد اما اگر وزن آن کمتر از وزن آب خارج شده باشد به حالت شناور درمی‌آید و در صورتی که هر دو با هم برابر باشند جسم به حالت غوطه‌ور درمی‌آید. همین اتفاق برای هوای گرم که بر روی هوای سرد شناور می‌شود اتفاق می‌افتد.
بالون هلیومی چگونه کار می‌کند؟
 |
در بالون‌های هلیومی از گاز هلیوم استفاده می‌شود که به دلیل آن‌که از هوا سبک‌تر است بسیار کار‌آمد است. در اصل هلیوم دومین عنصر سبک شناخته شده است. (اولین عنصر سبک هیدروژن است) پس چون دارای چگالی کمتری است و سبک‌تر است به راحتی بر روی هوا شناور می‌شود. برای مثال اگر یک نخ را برداشته و در از آن یک بطری پلاستیکی و سمت دیگر آن را به یک سنگ ببندیم وقتی آن را درون یک ظرف آب می‌اندازیم سنگ غرق می‌شود ولی سمت دیگر نخ یعنی بطری پلاستیکی به دلیل نیروی باینسی بیش‌تر نسبت به وزنش شناور می‌ماند. در هوا نیز همین نیروی باینسی وجود دارد فقط در گازها به دلیل چگالی کمتر (هوا دارای چگالی متوسط g/L 1.25 و هلیوم دارای چگالی0.1785 g/L) کمتر می‌باشد. پس برای ایجاد یک نیروی شناوری مناسب باید گاز مورد استفاده دارای چگالی خیلی کمتری نسبت به هوا باشد. از طرفی وزن مولکولی متوسط هوا 28.9 g/mol می‌باشد که در برابر وزن مولکولی هلیوم که 4 g/mol است خیلی بیش‌تر است که بر روی شناوری آن روی هوا تاثیر زیادی می‌گذارد. اما اگر کسی بپرسد که چرا از گازهای نیتروژن یا هیدروژن در بالون‌ها استفاده نمی‌کنیم مخصوصا هیدروژن که از هلیوم سبک‌تر است؟ در جواب او باید گفت که این دو گاز به خاطر اشتعال‌پذیری بسیار زیاد انتخاب خوبی برای استفاده در بالون‌های گازی نیستند.
استفاده
بالون‌های هلیومی خودکار را برای مطالعه‌ی شرایط آب و هوایی به لایه‌های بالای اتمسفر می‌فرستند. اما این بالون‌ها دارای محدودیتی در صعود می‌باشند زیرا هر چقدر که بالون به سمت بالا می‌رود چگالی هوای اطرافش کاهش می‌یابد. ناسا بیش‌ترین ارتفاعی که توسط بالن هلیومی دست یافته است را (فوت)120000 ft ثبت کرده است.