Toutes les particules d'air dans l'atmosphère sont attirées par la force de gravité descendante. Mais la pression dans l'air crée une force ascendante qui s'oppose à la force de la gravité. La densité de l'air s'accumule à n'importe quel niveau qui équilibre la force de gravité, car à ce stade, la gravité n'est pas assez forte pour faire tomber un plus grand nombre de particules.
Ce niveau de pression est le plus élevé juste à la surface de la Terre parce que l'air à ce niveau supporte le poids de tout l'air au-dessus de lui - plus de poids au-dessus signifie une plus grande force gravitationnelle vers le bas. Au fur et à mesure que vous montez dans les niveaux de l'atmosphère, l'air a moins de masse d'air au-dessus, et ainsi la pression d'équilibrage diminue. C'est pourquoi la pression chute à mesure que vous montez en altitude.
Cette différence de pression atmosphérique provoque une force de flottabilité ascendante dans l'air tout autour de nous. Essentiellement, la pression de l'air est plus grande au-dessous des choses qu'elle ne l'est au-dessus des choses, donc l'air pousse plus vers le haut qu'il ne pousse vers le bas. Mais cette force de flottabilité est faible comparée à la force de gravité - elle n'est aussi forte que le poids de l'air déplacé par un objet. Évidemment, la plupart des objets solides seront plus lourds que l'air qu'ils déplacent, donc la force de flottabilité ne le déplace pas du tout. La force de flottabilité ne peut déplacer que des objets plus légers que l'air qui les entoure.
Pour que la flottabilité pousse quelque chose dans les airs, la chose doit être plus légère qu'un volume égal d'air autour d'elle. La chose la plus évidente qui est plus légère que l'air n'est rien du tout. Un vide peut avoir du volume mais n'a pas de masse, et donc, il semblerait, un ballon avec un vide à l'intérieur doit être soulevé par la flottabilité de l'air qui l'entoure. ça ne marche pas, cependant, à cause de la force de la pression atmosphérique environnante. La pression de l'air n'écrase pas un ballon gonflé, parce que l'air à l'intérieur du ballon sort avec la même force que l'air extérieur qui rentre. Un vide, d'autre part, n'a pas de pression extérieure, car il n'a pas de particules qui rebondissent contre quoi que ce soit. Sans pression égale pour l'équilibrer, la pression de l'air extérieur écrasera facilement le ballon. Et tout conteneur suffisamment solide pour résister à la pression de l'air à la surface de la terre sera beaucoup trop lourd pour être soulevé par la force de flottabilité.
Une autre option serait de remplir le ballon avec de l'air moins dense que l'air environnant. Parce que l'air dans le ballon a moins de masse par unité de volume que l'air dans l'atmosphère, il serait plus léger que l'air qu'il déplace, de sorte que la force de flottabilité soulèverait le ballon. Mais, moins de particules d'air par volume signifie une pression d'air inférieure, Ainsi, la pression de l'air environnant comprimait le ballon jusqu'à ce que la densité de l'air à l'intérieur soit égale à la densité de l'air à l'extérieur.
" " Il y a moins de particules d'air par unité de volume à l'intérieur du ballon, mais parce que ces particules se déplacent plus vite, la pression d'air intérieure et extérieure sont les mêmes.
Tout cela suppose que l'air dans le ballon et l'air à l'extérieur du ballon existent exactement dans les mêmes conditions. Si nous modifions les conditions de l'air à l'intérieur du ballon, nous pouvons diminuer la densité, tout en gardant la même pression d'air. Comme nous l'avons vu dans la dernière section, la force de la pression de l'air sur un objet dépend de la fréquence à laquelle les particules d'air entrent en collision avec cet objet, ainsi que la force de chaque collision. Nous avons vu que nous pouvons augmenter la pression globale de deux manières :
Augmenter le nombre de particules d'air pour qu'il y ait un plus grand nombre d'impacts de particules sur une surface donnée.
Augmentez la vitesse des particules afin que les particules frappent une zone plus souvent et que chaque particule entre en collision avec une plus grande force.
Donc, pour abaisser la densité de l'air dans un ballon sans perdre la pression de l'air, il suffit d'augmenter la vitesse des particules d'air. Vous pouvez le faire très facilement en chauffant l'air. Les particules d'air absorbent l'énergie thermique et deviennent plus excitées. Cela les fait aller plus vite, ce qui signifie qu'ils entrent en collision avec une surface plus souvent, et avec plus de force.
Pour cette raison, l'air chaud exerce une plus grande pression d'air par particule que l'air froid, vous n'avez donc pas besoin d'autant de particules d'air pour atteindre le même niveau de pression. Donc une montgolfière s'élève parce qu'elle est remplie de chaud, l'air moins dense et est entouré d'air plus froid, air plus dense.
Histoire de la montgolfière
L'idée de base des montgolfières existe depuis longtemps. Archéméde, l'un des plus grands mathématiciens de la Grèce antique, compris le principe de flottabilité plus de 2, il y a 000 ans, et peut avoir conçu des machines volantes soulevées par la force. Au XIIIe siècle, le scientifique anglais Roger Bacon et le philosophe allemand Albertus Magnus ont tous deux proposé des machines volantes hypothétiques basées sur le principe.
Mais rien n'a vraiment décollé jusqu'à l'été 1783, quand les frères Montgolfier envoyèrent un mouton, un canard et un poulet sur un vol de huit minutes au-dessus de la France. Les deux frères, Joseph et Etienne, travaillait pour la prestigieuse entreprise papetière de leur famille. En tant que projet parallèle, ils ont commencé à expérimenter avec des récipients en papier élevés par de l'air chauffé. Au cours de quelques années, ils ont développé une montgolfière de conception très similaire à celles utilisées aujourd'hui. Mais au lieu d'utiliser du propane, ils ont alimenté leur modèle en brûlant de la paille, fumier et autres matières dans un foyer attenant.
Le mouton, canard et poulet sont devenus les premiers passagers du ballon le 19 septembre, 1783, dans le premier vol de démonstration des Montgolfier pour le roi Louis XVI. Ils ont tous survécu au voyage, donnant au roi l'assurance que les êtres humains pouvaient respirer l'atmosphère à plus haute altitude. Deux mois après, le marquis François d'Arlandes, un major dans l'infanterie, et Pilâtre de Rozier, un professeur de physique, sont devenus les premiers êtres humains à voler.
D'autres conceptions de montgolfières et des vols ambitieux ont suivi, mais vers 1800, la montgolfière avait été largement éclipsée par les ballons à gaz. L'un des facteurs de cette baisse de popularité est la mort de Pilâtre de Rozier lors d'une tentative de survol de la Manche. Le nouveau ballon qu'il a construit pour le vol comprenait un ballon à hydrogène plus petit en plus de l'enveloppe du ballon à air chaud. Le feu a allumé l'hydrogène au début du vol, et le ballon entier s'enflamma.
Mais la principale raison pour laquelle les montgolfières sont tombées en désuétude était ce nouveau ballon à gaz dirigeable les conceptions étaient supérieures à bien des égards - principalement, ils avaient des temps de vol plus longs et pouvaient être dirigés.
Un autre type de ballon populaire était le ballon fumigène . Ces ballons ont été soulevés par un incendie au sol, et n'avait aucune source de chaleur attachée. Ils ont simplement tiré en l'air, puis retomba au sol. Leur utilisation principale était comme attraction lors de foires itinérantes aux États-Unis à la fin des années 1800 et au début des années 1900. L'aéronaute enfile un parachute et s'attache à un ballon en toile. Puis, plusieurs assistants tenaient le ballon au-dessus d'un foyer, obtenir l'air de plus en plus chaud, et ainsi augmenter la force ascendante. Lorsque la force était assez grande - et si le ballon n'avait pas pris feu - les assistants lâchaient et l'aérostier était lancé dans les airs. Lorsque le ballon a atteint son point culminant, l'aérostier se détacherait et sauterait en parachute au sol.
Depuis les années 1960, les montgolfières traditionnelles ont connu une renaissance, dû en partie à un homme nommé Ed Yost et sa compagnie, Industries du Corbeau. Yost et ses partenaires ont fondé Raven Industries en 1956 pour concevoir et construire des montgolfières pour l'Office of Naval Research (ONR) de la marine américaine. L'ONR voulait des ballons pour le transport à courte distance de petites charges. Yost et son équipe ont repris le concept de base du ballon des frères Montgolfier et l'ont agrandi, ajouter le système de brûleur au propane, nouveau matériel d'enveloppe, un nouveau système de gonflage et de nombreuses caractéristiques de sécurité importantes.
Ils ont également inventé le moderne, forme d'enveloppe de style ampoule. Yost a d'abord conçu grand, ballons sphériques. Ces ballons ont bien fonctionné, mais avait un modèle de gonflage étrange :lorsque l'air était chauffé, le haut du ballon s'est rempli, mais le fond est resté sous-gonflé. Pour plus d'efficacité, Yost vient de se débarrasser du tissu supplémentaire en bas, développer la forme de ballon "naturelle" familière que nous voyons aujourd'hui.
Au début des années 1960, l'ONR s'était désintéressé des montgolfières, alors Yost a commencé à vendre ses ballons comme équipement de sport. Bientôt d'autres sociétés ont vu le jour, au fur et à mesure que de plus en plus de gens se sont impliqués dans la montgolfière. Au cours des années, les concepteurs ont continué à modifier les montgolfières, l'ajout de nouveaux matériaux et dispositifs de sécurité, ainsi que le développement de formes d'enveloppes créatives. Certains fabricants ont également augmenté la taille du panier et la capacité de charge, construire des ballons pouvant accueillir jusqu'à 20 passagers !
Mais le design de base est toujours la version modifiée de Yost du concept original des frères Montgolfier. Cette technologie remarquable a captivé les gens partout dans le monde. Les tours en montgolfière sont une entreprise de plusieurs millions de dollars, et les courses de ballons et autres événements continuent d'attirer des foules de spectateurs et de participants. C'est même devenu à la mode (chez les milliardaires) de construire des ballons high-tech pour faire le tour du monde. Cela en dit long sur les montgolfières qu'elles sont toujours aussi populaires, même à l'ère des avions à réaction, hélicoptères et navettes spatiales.
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Souffler dans le vent Donc, qu'est-ce que ça fait de monter dans une montgolfière? C'est un endroit remarquablement serein, expérience paisible. Puisque le ballon se déplace avec le vent, vous ne sentez aucune brise du tout. Sans les vents impétueux que vous associez normalement aux hautes altitudes, l'expérience du vol semble très sûre et apaisante - il vous suffit de décoller du sol et de vous déplacer avec l'air dans l'atmosphère.
Publié à l'origine :16 février 2001
FAQ sur les montgolfières Qui a inventé la montgolfière ? Les frères Montgolfier sont largement reconnus comme les inventeurs de la montgolfière. Ils ont envoyé un poulet, un canard et un mouton sur un vol de huit minutes en France. Ils l'ont fait après avoir expérimenté des récipients en papier surélevés par de l'air chauffé. Quelle est la dangerosité des montgolfières ? Les accidents liés aux montgolfières sont rares et cette activité est considérée comme une activité à faible risque. Seuls 173 décès au total se sont produits dans le monde depuis 1785 et parmi ceux-ci, seulement 61 ont eu lieu aux États-Unis. Combien de temps durent les vols en montgolfière ? En moyenne, une montgolfière commerciale peut voler pendant une à deux heures. Cependant, les trajets plus longs sont plus chers et la plupart des entreprises commerciales proposent des trajets entre 15 minutes et deux heures. A quoi sert une montgolfière ? Les gens montent dans des montgolfières à des fins récréatives pour profiter de la vue d'en haut. Certains amateurs aiment également participer à des événements sportifs compétitifs. Beaucoup plus d'informations Articles connexes de HowStuffWorks Comment fonctionnent les dirigeables
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