불린 풍선은 왜 떨어지는데 문방구 풍선은 하늘로 올라가는 걸까?
헬륨과 같이 공기보다 훨씬 가벼운 가스로 채워진 풍선이 하늘로 들어 올려집니다.
풍선과 헬륨을 합친 무게가 풍선 크기의 외부 공기 부피보다 작기 때문입니다.
이전 기사에서 설명한 것처럼 “같은 부피의 질량 또는 무게”를 밀도라고 하는데 헬륨이 채워진 풍선은 외부 공기보다 밀도가 작습니다.
밀도(“같은 부피의 질량 또는 무게”로 표현됨)를 이해하면 소량의 헬륨으로만 채워진 풍선이 하늘로 떠오르지 않는 이유가 분명해집니다.
소량의 헬륨만 들어 있는 풍선은 작습니다. 따라서 외부 공기의 무게는 같은 부피의 공기와 비교해야 합니다.
작은 헬륨 풍선의 무게는 풍선과 일부 헬륨의 무게입니다. 그러나 외부 공기는 헬륨보다 무겁지만 약간의 헬륨이 채워진 풍선보다 가볍습니다. 풍선이 무게를 더하지 않기 때문입니다.
헬륨을 채운 풍선은 바깥 공기보다 밀도가 높아 땅에 떨어집니다.
이제 풍선이 떠오르기 시작하는 크기를 볼 수 있습니다.
풍선에 헬륨을 많이 넣으면 부피는 많이 늘어나지만 무게는 조금 늘어날 뿐입니다. 크기가 커질수록 풍선과 헬륨을 합친 무게는 외부 공기의 같은 부피보다 가벼워지고 하늘로 떠오르기 시작합니다.
또한 풍선이 클수록 더 잘 떠오른다는 것도 알고 있습니다.
풍선은 얼마나 멀리 날 수 있습니까?
기체나 액체로 이루어진 물체는 같은 밀도로 겹쳐져 있는 경향이 있습니다.
간단히 말해서, 주변의 밀도가 자신의 밀도보다 크면 더 낮은 밀도를 찾아 위로 올라갑니다.
반대로 주변의 밀도가 자신의 밀도보다 낮으면 밀도가 자신과 같아질 때까지 하강합니다.
지옥다음과 같은 가벼운 가스 충분한 풍선은 주변의 공기가 풍선보다 밀도가 높기 때문에 하늘로 떠오르기 때문에 밀도가 낮은 공기를 찾는 것은 여행과 같습니다.모두.
그러나 풍선은 결코 그 자체와 같은 밀도로 공중에 머물지 않습니다.
그 이유는 풍선이 위로 올라갈수록 점점 커지기 때문입니다.
풍선이 부풀어 오르는 것은 당신이 헬기 가스를 불기 때문이 아니라 주변 공기가 풍선에 가하는 압력이 적기 때문입니다.
지구 주변의 공기층은 위로 올라갈수록 얇아집니다.
분자운동은 중력의 영향을 받지 않고 무질서하지만 분자의 응집 정도(밀도, 기압)는 중력의 영향을 크게 받는다.
바닥에 있는 공기, 즉 지구 표면과 접촉하는 공기는 위의 공기보다 밀도가 높습니다. (기체의 경우 보통 밀도보다는 기압을 사용하므로 기압이 높다고 한다.)
이전 기사에서 풍선 외부의 기압과 고무의 탄성이 함께 작용하여 풍선 내부의 압력이 균형을 이룬다고 설명했습니다.
풍선 내부의 헬륨에 의해 생성된 압력은 일정하게 유지되지만 풍선 외부의 기압은 감소하여 내부 압력이 우세하도록 힘의 균형을 기울입니다.
풍선 내부의 압력이 외부 탄성력과 기압의 합보다 크면 풍선이 팽창합니다.
이전 기사에서 설명한 것처럼 풍선을 구성하는 고무는 늘어날수록 다시 탄력이 생깁니다.
즉, 풍선을 압축하는 외부 공기의 힘이 감소함에 따라 용수철의 힘은 증가하고 합력은 유지됩니다.
고무의 탄성력이 감소된 외부 공기압을 대체하여 힘의 균형을 유지하지만 풍선이 커질수록 풍선의 밀도는 매우 작아집니다.
그래서 풍선이 다시 올라갔습니다. 그런 다음 위의 주기가 다시 반복됩니다.
풍선은 위로 올라감에 따라 크기가 계속 커집니다.
그리고는 하늘 높은 곳에서 굉음과 함께 폭발했다.
터진 풍선의 파편은 바람에 날려 산간 나뭇가지와 시내 도로에 떨어졌다. 물론 강과 호수에도 떨어졌습니다.
고무 대신 신축성이 없는 소재로 풍선을 만들고 충분한 양의 헬륨을 채운다면 어떻게 될까요?
그것은 자신과 같은 밀도를 가진 공기층에서 쉬게 될 것입니다. 즉, 일정 높이에서 물에 떠 있습니다.