Вверх на горячем воздухе
Идея подняться в воздух всегда казалась фантастической и манящей — люди во все времена мечтали покорить небо. Одной из первых глав в истории освоения воздушного пространства стали полеты на воздушном шаре. Рожденный ползать летать не может? Здесь это не работает. Как человек приручил ветер и победил гравитацию ― рассказываем в рубрике «Имени языка Эйнштейна».
Первые попытки
В 1633 году мусульманин Лагари Хасан Челеби провел первый успешный полет на реактивном аппарате. Это событие прошло в день рождения дочери османского султана Мурада IV. Люди собрались посмотреть на зрелище. Лагари поднялся на высоту около 300 метров и пролетел около 20 секунд. Затем он спланировал в воды Босфора, благополучно приземлившись.
Спустя некоторое время, в 1763 году, немецкий изобретатель по фамилии Бауэр разработал проект летательного аппарата с неподвижными крыльями и пропеллером. Этот аппарат должен был приводиться в действие силой пилота. Но, к сожалению, проект не был реализован.
Летательный аппарат Монгольфье. Источник: kartinki.pibig.info
Эксперименты с дымом
Настоящий переворот произошел в XVIII веке. В 1782 году Жозеф и Этьен Монгольфье, французские изобретатели, впервые продемонстрировали свою идею о летательном аппарате на горячем воздухе. Они заметили, что дым поднимается вверх, и задумались, как использовать этот принцип для создания воздушного шара.
Младший брат Стефан обнаружил, что легкий бумажный пакет, наполненный дымом, способен самостоятельно подниматься в воздух. Это простое, но важное открытие положило начало их экспериментам.
Для проверки своей гипотезы братья создали небольшой бумажный пакет продолговатой формы объемом около 40 кубических футов. В его нижней части они оставили отверстие, через которое внутри можно было нагревать воздух при помощи огня. Когда температура в пакете увеличивалась, он начинал стремительно подниматься, что и произошло в их первом успешном эксперименте. Шар поднялся на высоту 75 футов.
Источник: Claude-Louis Desrais
Больше, больше!
Воодушевленные достижением, братья Монгольфье не остановились на достигнутом. Они решили увеличить масштаб своего эксперимента, создав значительно более крупный воздушный шар. Новая конструкция отличалась сферической формой и объемом уже 600 кубических футов, а ее внешний вид напоминал большую стеклянную бутылку с коротким горлышком.
Первый полет Монгольфье состоялся 12 сентября 1783 года. Шар, сделанный из бумаги и ткани, поднялся на высоту около 1,6 километра и пробыл в воздухе около 10 минут. После этого успеха братья провели еще несколько запланированных полетов с использованием живых существ ― овец, кур и уток, ― чтобы проверить безопасность полетов.
Форма шара выбрана не случайно. Она оптимально подходила для создания подъемной силы. Простая форма шара обеспечивала равномерное распределение тепла и минимальное сопротивление воздуха, что способствовало стабильному полету.
Братья Монгольфье. Источник: www.abcfact.ru
Немного физики
Шар поднимался благодаря горячему воздуху, а не при помощи специального газа, который выделялся при горении соломы и шерсти, как думали братья.
Горячий воздух поднимается вверх из-за изменений в его плотности, которые происходят при нагревании. При повышении температуры молекулы воздуха начинают двигаться быстрее, поскольку увеличивается их кинетическая энергия. Это приводит к тому, что среднее расстояние между молекулами увеличивается, и в результате в том же объеме горячего воздуха содержится меньше молекул, чем в холодном.
Именно уменьшение количества молекул на единицу объема делает горячий воздух более легким. Плотность теплого воздуха становится значительно ниже, чем плотность холодного, а разница в плотностях заставляет нагретый воздух всплывать вверх. Холодный же воздух, который более плотный, «тонет» вниз, занимая место горячего.
Еще почитать по теме
