Com desafiar la gravetat amb una mica d'aire calent? La física fascinant dels globus aerostàtics

Alguna vegada heu mirat al cel i heu vist un globus aerostàtic flotant tranquil·lament? Sembla un miracle o un truc de màgia: una tona de tela, metall i persones suspesa a l'aire sense cap motor sorollós, ni hèlixs, ni ales.  Però com s'ho fa una "bossa d'aire" gegant per guanyar-li la partida a la gravetat? Dona la casualitat que la resposta s'amaga en tres ingredients bàsics de la física: la pressió, la temperatura i un vell conegut de l'antiga Grècia, el Principi d'Arquímedes.  Acompanya'm i t'ho explico sense fórmules denses, però amb tota la ciència que hi ha al darrere! 👇


1. Vivim al fons d'un "oceà" d'aire

El primer que hem de recordar és que no vivim en el buit. Estem immersos en l'atmosfera terrestre, que ve a ser un oceà invisible d'aire. Igual que quan et llences al fons d'una piscina, sents la pressió de l'aigua a les orelles; de la mateixa manera com més profund estàs en l'oceà d'aire, més gran és la pressió. Aquesta és la famosa pressió hidrostàtica: el pes de tot l'aire que tenim a sobre ens pressiona en totes direccions.  

2. El truc d'Arquímedes: jugar amb la densitat

Ara bé, si l'aire empeny per tot arreu, per què no sortim tots volats? Aquí entra en joc Arquímedes. El seu famós principi diu que qualsevol cos submergit en un fluid (i l'aire actua com un fluid) rep una força cap amunt igual al pes de l'aire que "desallotja".  Perquè alguna cosa pugi cap al cel, necessitem que aquesta força cap amunt sigui més gran que el seu propi pes. I com ho aconseguim? Fent que l'interior del globus sigui menys dens que l'aire de fora.  Una pedra s'enfonsa a l'aigua perquè és més densa que l'aigua; un vaixell de fusta flota perquè, en conjunt, és menys dens. Amb els globus passa exactament el mateix, però en comptes d'aigua i fusta, juguem amb aire fred i aire calent!  

3. El secret està en l'escalfor: L'equació dels gasos

Com fem que l'aire pesa menys sense canviar d'aire? Molt fàcil: escalfant-lo!  Quan el pilot encén el cremador, l'aire de l'interior del globus s'escalfa. En escalfar-se, les molècules d'aire es Mouen molt més ràpid i s'espaien (és el que anomenem expansió tèrmica). Com que el globus està obert per baix, l'aire que sobra "s'escapa".  El resultat? El volum del globus continua sent el mateix, però a dins hi ha menys quantitat de molècules. L'aire de dins és menys dens que el de fora i... voilà! El globus comença a pujar!  🌡️ Dada curiosa: L'aire de l'interior del globus s'ha d'escalfar bastant (de vegades fins als 100 °C). Per això, a l'estiu, els vols en globus es fan molt d'hora pel matí (cap a les 7:00 h). Si s'esperessin al migdia, l'aire de fora ja estaria tan calent que no hi hauria prou diferència de temperatura per aixecar tot el pes del llast (cistella, passatgers, ampolles de gas...)!  

4. Què passa quan estem "allà dalt"?

Si creus que un cop en l'aire el globus puja infinitament cap a l'espai, t'equivoques. El vol en globus és un ball continu d'equilibris:  L'aire exterior es torna més "raret": A mesura que el globus puja, l'aire de fora és menys dens i la pressió baixa.  El globus es refreda sol: A mesura que puja i la pressió disminueix, l'aire de dins del globus s'expandeix encara més i es refreda (és el que en física anomenem descompressió adiabàtica).  El punt d'equilibri: Arriba un moment en què la densitat de dins i la de fora s'igualen. En aquest punt, l'acceleració es torna zero. El globus frena i es queda "frenat" o fent petites oscil·lacions en una altitud concreta. 

 


5. Com es pilota un vehicle sense volant?

Un globus no té hèlixs ni rumb fixat per un volant (es mou cap on el porta el vent). L'únic que pot controlar el pilot és l'alçada. I ho fa amb dos botons magistrals:  

  • Per pujar: Un cop de cremador. Escalfem l'aire, reduïm la densitat interna i la força d'Arquímedes ens empeny cap amunt.  
  • Per baixar: El pilot estira una corda que obre una petita vàlvula a la part superior del globus. Aquesta vàlvula deixa escapar l'aire més calent. L'aire fred de fora entra per la part inferior, la densitat mitjana augmenta i el globus comença a perdre altura de manera suau i controlada.  

Conclusió

Volar en globus aerostàtic és una de les experiències més tranquil·les i maques que es poden tenir, però al darrere hi ha un espectacle científic impressionant. És la prova perfecta de com la física de fluids i la termodinàmica treballen en equip per permetre'ns complir un dels somnis més antics de la humanitat: volar.  

La pròxima vegada que en veieu un al cel, recordeu: no és màgia, és pura ciència en acció! 🎈


Comentaris

Publica un comentari a l'entrada

Entrades populars d'aquest blog

La Biodiversitat no salvarà la natura perquè la biodiversitat és conseqüència de l'evolució

Imatge
La Biodiversitat és la conseqüència de l'aparició i posterior extinció d’espècies La natura es renova explorant noves possibilitats i eliminant les anteriors, quan una espècie deixa d'existir noves ocupen el seu lloc en el ecosistema, si cau un ecosistema en surt un de nou La inacció d’aquests últims 30 anys respecte el canvi climàtic ens ha portat a les portes del desastre. Incendis forestals, sequeres severes, grans tempestes o la pujada de temperatura de l’aigua marina; estan posant en la nostra societat en la vora del precipici. Però la destrucció que està provocant el canvi climàtic també afecta als ecosistemes; els quals pressionats per la contaminació, l’expansió de l’agricultura i el creixement en general de la humanitat, estan posant a la natura en una situació límit. Avui es veu amb preocupació la destrucció constant d’habitats naturals els quals estaven preservats per la llunyania. La humanitat ha arribat a tots els racons del planeta, tant terrestres com marítims, i...
Més informació

Malgrat tot, torna a ser Nadal (2020)

Imatge
Aquest 2020 ha estat un any atípic. Serà l’any de la pandèmia quelcom no tant inusual en la història humana; de fet això es produeix un cop cada 100 anys més o menys. El que ha estat inusual és el tractament: en comptes de deixar fer la selecció natural, que els sistemes immunològics s’adaptin (com acaben fent) i que les mutacions del mateix virus li vagin baixant la letalitat (és el que succeeix, al virus per sobreviure no li interessa matar l’hoste); per primera vegada s’ha decidit combatre al virus .  No tot ha anat bé. Molta gent ha perdut la vida, d’altres el modus de vida. Es diu que les crisis treuen el millor de cada un . Malauradament aquesta ha demostrat que això no és cert . Als esforços i dedicació que han dedicat una part petita de la població, la resta hem respost amb protestes i queixes; els cinc minuts d’aplaudiment diari no compensen la poca responsabilitat col·lectiva demostrada. A cada reivindicació, queixa o denuncia s’hi llegia implícit el “per total un 1% de m...
Més informació

Era atòmica

Imatge
Des del moment en que Einstein resolt l’enigma del diferencial de massa entre l’heli i l’hidrogen ràpidament es pensa com aprofitar aquesta energia i no precisament amb objectius humanitaris. Però per sort en aquella època això era impossible, les potències que es necessitaven només es donaven en el Sol. Per això quan es descobreix la reacció en cadena que possibilita una reacció nuclear amb un alliberament d’energia mai vist, la investigació es llença a la recerca de la bomba. La fissió induïda serà descoberta poc avanç de l’esclat de la II Gerra Mundial. Aquesta coincidència llençarà els dos bàndols a una cursa per arribar primer que l’altre. Per un costat Alemanya bressol de la física Quàntica sembla sortir amb avantatge, i quest serà el primer motiu pel qual els aliats posaran en mans de l’aparell bèl·lic enginyes i investigadors. Els quals se’ls proveiran de tots els recursos materials necessaris, permeten-los participar en el major repte del moment. I a més a més ho fei...
Més informació