Como funciona um balão de ar quente (em teoria)?


Em uma palavra: flutuabilidade.

Balões de ar quente flutuam no céu praticamente pelo mesmo motivo que os barcos flutuam no mar. Um barco flutua porque é sustentado pela água abaixo dele: o peso do barco (puxando para baixo) é exatamente contrabalançado pela pressão da água abaixo dele (empurrando para cima). Um barco não flutua perfeitamente na superfície da água, mas afunda-se parcialmente na água de acordo com a sua intensidade. Quanto maior o barco, maior a área de água abaixo dele, maior a força da pressão da água empurrando para cima e mais peso ele pode carregar.

Aqui está outra maneira de olhar para ele: em geral, um objeto flutuará se for menos denso que a água (em outras palavras, mais leve que um volume igual de água) e afundará se for mais denso (mais pesado que um volume igual de água). Imagine um bloco de chumbo do tamanho do seu braço cair em uma banheira cheia de água. Uma "braçada de chumbo" pesa muito mais do que uma "braçada de água", de modo que o chumbo afunda no fundo da banheira imediatamente. Mas uma "braçada de plástico" - o braço plástico de um manequim, por exemplo - flutua porque pesa menos que o mesmo volume de água.

 Balões de ar quente flutuam porque o ar preso dentro do balão é aquecido por um queimador, tornando-o menos denso do que o ar externo. Aqui está outra maneira de pensar nisso. Você provavelmente já ouviu as pessoas dizerem que o calor aumenta, pelo que elas realmente significam que o ar quente sobe. Quando você vê nuvens de gás cinza sujo subindo das chaminés, é porque o ar que sai delas é mais quente do que o ar ambiente (circundante). Se você pudesse enrolar um saco ao redor do ar quente que entrava no fundo de uma chaminé e selá-lo, o saco inteiro dispararia para cima e sairia do topo antes de se afastar e subir no ar. Com efeito, você teria feito um pequeno balão de ar quente!

Balões minúsculos não são realmente muito úteis, no entanto. Se você quer carregar um peso pesado no mar, você precisa de um grande navio: um que pode deslocar mais água pode carregar mais carga. Exatamente da mesma maneira, você precisa de um grande balão de ar quente para levantar um grande peso - porque você precisa criar mais sustentação com um volume maior de gás quente.

Apenas para levantar o peso de um homem adulto, você precisaria de um balão de cerca de 4 m de raio com o ar dentro aquecido a uma temperatura de cerca de 120 ° C. Isso explica por que os balões de ar quente são geralmente tão grandes.

Animação: A queima de gás torna o ar dentro do balão menos denso, produzindo uma força ou elevação para cima. 1) Um balão de ar quente fica no chão (ou desce) quando o ar dentro dele é muito frio. Neste caso, o peso do balão (seta azul) é maior que o levantamento (seta vermelha). 2) Quando o ar no interior é um pouco mais quente, o balão flutua a uma altura constante porque a força de elevação e o peso são agora os mesmos. 3) Quando o ar ainda está mais quente, o balão sobe porque a força de elevação é maior que o peso.