Come funzionano i palloncini a elio

In questo caso, il palloncino di elio che si tiene per una corda galleggia in una "pozza" d'aria (quando si sta sott'acqua sul fondo di una piscina, si sta in una "pozza d'acqua" profonda forse 3 metri; quando si sta in un campo aperto, si sta sul fondo di una "pozza d'aria" profonda molti chilometri). Il palloncino ad elio sposta una quantità d'aria (proprio come la bottiglia vuota sposta una quantità d'acqua). Fintanto che l'elio più il palloncino è più leggero dell'aria che sposta, il palloncino galleggerà nell'aria.

Si scopre che l'elio è molto più leggero dell'aria. La differenza non è così grande come quella tra acqua e aria (un litro d'acqua pesa circa 1.000 grammi, mentre un litro d'aria pesa circa 1 grammo), ma è significativa. L'elio pesa 0,1785 grammi per litro. L'azoto pesa 1,2506 grammi per litro e, poiché l'azoto costituisce circa l'80% dell'aria che respiriamo, 1,25 grammi è una buona approssimazione per il peso di un litro d'aria.

Pertanto, se si riempisse una bottiglia di soda da 1 litro di elio, la bottiglia peserebbe circa 1 grammo in meno rispetto alla stessa bottiglia riempita di aria. Non sembra molto: la bottiglia stessa pesa più di un grammo, quindi non galleggerà. Tuttavia, in grandi volumi, la differenza di 1 grammo per litro tra aria ed elio può davvero aumentare. Questo spiega perché i dirigibili e i palloni aerostatici sono generalmente piuttosto grandi: devono spostare molta aria per galleggiare.

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Quanto può sollevare

Un pallone di 100 piedi di diametro può sollevare 33.000 libbre! Ecco come si può calcolare la capacità di sollevamento dell'elio in un pallone sferico:

• Determinare il volume del pallone. Il volume di una sfera è 4/3 * pi * r3, dove r è il raggio del pallone. Determinare quindi prima il raggio della sfera (il raggio è la metà del diametro). Cubettate il raggio (moltiplicatelo per due volte: r*r*r), moltiplicatelo per 4/3 e quindi per Pi greco. Se si misura il pallone in piedi, si ottiene il volume del pallone in piedi cubi.
• Un piede cubo di elio solleva circa 28,2 grammi, quindi moltiplicate il volume del palloncino per 28,2.
• Dividere per 448 - il numero di grammi in una libbra - per determinare il numero di libbre che può sollevare.
• Quindi, ad esempio, un palloncino di 6 metri ha un raggio di 3 metri. 10* 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4.186 piedi cubi di volume. 4.186 piedi cubi * 28,2 grammi/piedi cubi = 118.064 grammi. 118.064 grammi / 448 grammi per libbra = 263 libbre di forza di sollevamento.

Palloni a idrogeno

Sebbene non siano più molto utilizzati, un tempo i palloni a idrogeno erano molto popolari. L'idrogeno pesa solo 0,08988 grammi per litro. Tuttavia, è altamente infiammabile, quindi la minima scintilla può causare un'enorme esplosione.

Perché l'elio e l'idrogeno sono così più leggeri dell'aria? Perché gli atomi di idrogeno e di elio sono più leggeri di un atomo di azoto. Hanno meno elettroni, protoni e neutroni degli atomi di azoto e questo li rende più leggeri (il peso atomico approssimativo dell'idrogeno è 1, dell'elio è 4 e dell'azoto è 14). Lo stesso numero di atomi di ciascuno di questi elementi riempie all'incirca la stessa quantità di spazio. Pertanto, i gas composti da atomi più leggeri sono più leggeri.