L'hélium est un gaz rare moins dense que l'air. Lorsqu’un ballon est rempli d’hélium, l’hélium gazeux déplace un volume d’air égal, mais le poids de l’hélium gazeux est inférieur au poids de l’air déplacé. Cette différence de poids crée une force ascendante qui soulève le ballon.
La quantité de portance générée par un ballon dépend de plusieurs facteurs, notamment le volume du ballon, la densité de l'hélium gazeux et la densité de l'air ambiant. Les ballons plus gros ont un plus grand volume et déplacent donc plus d'air, ce qui crée plus de portance. L'hélium gazeux, plus pur et de densité plus faible, offre une plus grande portance que l'hélium gazeux mélangé à d'autres gaz. De plus, les ballons remplis d’hélium s’élèvent plus haut dans un air moins dense, par exemple à des altitudes plus élevées ou à des températures plus chaudes.
Les ballons à l'hélium trouvent diverses applications, notamment les fêtes, les festivals, les décorations et les expériences scientifiques. Ils sont également utilisés dans les ballons météorologiques et les dirigeables en raison de leur capacité à soulever des charges utiles et à flotter à haute altitude.
Voici une explication étape par étape du fonctionnement des ballons à l'hélium :
1. Un ballon est rempli d'hélium gazeux provenant d'un réservoir d'hélium ou d'un ballon de fête rempli d'hélium.
2. À mesure que le ballon se remplit d'hélium, les atomes d'hélium se dispersent et déplacent un volume égal de particules d'air à l'intérieur du ballon.
3. L’hélium gazeux a une densité inférieure à celle de l’air qu’il déplace. Cela signifie que le poids de l’hélium gazeux est inférieur au poids de l’air déplacé.
4. La différence de poids entre l’hélium gazeux et l’air déplacé crée une force ascendante appelée flottabilité.
5. La force de flottaison agit contre la force de gravité vers le bas, ce qui tire le ballon vers le bas.
6. Si la force de flottaison est supérieure au poids du ballon, qui comprend le poids du matériau du ballon, de la ficelle ou du ruban et de toute charge utile attachée, le ballon s'élève.
7. Le ballon continuera à s'élever jusqu'à ce qu'il atteigne une altitude où la densité de l'air ambiant est égale à la densité de l'hélium gazeux à l'intérieur du ballon, auquel cas la force de poussée devient égale au poids du ballon, ce qui le fait flotter à une hauteur constante.
Dans l'ensemble, les ballons à hélium fonctionnent sur la base du principe de flottabilité, où la différence de densité entre l'hélium gazeux à l'intérieur du ballon et l'air ambiant crée une force ascendante qui soulève le ballon.
