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Teoria dell'aerostato

Come riesce a volare una mongolfiera?




Il peso dell'aria

L'aria è composta di vari gas il cui peso dipende dalla temperatura e dalla pressione atmosferica. Il peso è quindi sempre calcolato ad una temperatura standard (atmosfera a 0,1 gradi Celsius).

L'aria è composta per circa l'80% da azoto e per il 20% da ossigeno. A un'atmosfera di 0,1 gradi Celsius, un litro di aria pesa circa 1,3 grammi, mentre un litro d'acqua pesa un chilo (1000 grammi).

Si immagini di avere un enorme pallone elastico, a forma di cubo, di esattamente 1 metro cubico. All'interno del pallone si trovano esattamente 1000 litri di aria ad una temperatura identica a quella dell'aria esterna al pallone. Il peso di questi 1000 litri di aria all'interno del pallone è pari a 1300 grammi.
L'aria è composta di vari gas il cui peso dipende dalla temperatura e dalla pressione atmosferica. Il peso è quindi sempre calcolato ad una temperatura standard (atmosfera a 0,1 gradi Celsius).

L'aria è composta per circa l'80% da azoto e per il 20% da ossigeno. A un'atmosfera di 0,1 gradi Celsius, un litro di aria pesa circa 1,3 grammi, mentre un litro d'acqua pesa un chilo (1000 grammi).

Si immagini di avere un enorme pallone elastico, a forma di cubo, di esattamente 1 metro cubico. All'interno del pallone si trovano esattamente 1000 litri di aria ad una temperatura identica a quella dell'aria esterna al pallone. Il peso di questi 1000 litri di aria all'interno del pallone è pari a 1300 grammi.
L'aria è composta di vari gas il cui peso dipende dalla temperatura e dalla pressione atmosferica. Il peso è quindi sempre calcolato ad una temperatura standard (atmosfera a 0,1 gradi Celsius).

L'aria è composta per circa l'80% da azoto e per il 20% da ossigeno. A un'atmosfera di 0,1 gradi Celsius, un litro di aria pesa circa 1,3 grammi, mentre un litro d'acqua pesa un chilo (1000 grammi).

Si immagini di avere un enorme pallone elastico, a forma di cubo, di esattamente 1 metro cubico. All'interno del pallone si trovano esattamente 1000 litri di aria ad una temperatura identica a quella dell'aria esterna al pallone. Il peso di questi 1000 litri di aria all'interno del pallone è pari a 1300 grammi.

L'aria calda si espande

I gas esistenti nell'aria (ossigeno e azoto) sono costituiti da molecole. Queste molecole sono in continuo movimento e la velocità alla quale si muovono dipende, tra gli altri fattori, dalla temperatura e dalla quantità di gas.

Quando la temperatura aumenta, le molecole si muovono più velocemente, scontrandosi le une contro le altre e anche contro tutti gli oggetti vicini. Una molecola che si scontra contro un oggetto a bassa velocità esercita una piccola forza su questo oggetto, ma quando una molecola si scontra contro questo stesso oggetto ad una velocità maggiore, la forza esercitata dalla molecola sull'oggetto sarà anch'essa maggiore.

All'interno del pallone ci sono molecole in costante movimento contro le pareti dello stesso. Quanto più velocemente le molecole si spostano, maggiore sarà la forza con cui si scontrano contro le pareti del pallone e, di conseguenza, maggiore sarà la forza che esercitano su queste stesse pareti. Poiché le pareti del pallone sono elastiche, questo si espanderà a causa dell'aumento della forza esercitata dall'aria.

Provate voi stessi:
Riempite un palloncino normale e fate un nodo ben stretto. Misurate con un metro il perimetro del pallone e registratene il valore. Disegnate, con una matita, una linea intorno al pallone, in modo tale da misurarlo di nuovo nello stesso punto. Mettete quindi il palloncino al sole. Sottoposta ai raggi solari, l'aria diventerà più calda e il palloncino comincerà a dilatarsi.

Dopo un certo tempo, misurando il palloncino, vedrete che le sue dimensioni saranno maggiori. Potrete constatare questo fenomeno osservando il palloncino durante il riscaldamento.

Durante il fenomeno di dilatazione, il palloncino potrebbe scoppiare!
I gas esistenti nell'aria (ossigeno e azoto) sono costituiti da molecole. Queste molecole sono in continuo movimento e la velocità alla quale si muovono dipende, tra gli altri fattori, dalla temperatura e dalla quantità di gas.

Quando la temperatura aumenta, le molecole si muovono più velocemente, scontrandosi le une contro le altre e anche contro tutti gli oggetti vicini. Una molecola che si scontra contro un oggetto a bassa velocità esercita una piccola forza su questo oggetto, ma quando una molecola si scontra contro questo stesso oggetto ad una velocità maggiore, la forza esercitata dalla molecola sull'oggetto sarà anch'essa maggiore.

All'interno del pallone ci sono molecole in costante movimento contro le pareti dello stesso. Quanto più velocemente le molecole si spostano, maggiore sarà la forza con cui si scontrano contro le pareti del pallone e, di conseguenza, maggiore sarà la forza che esercitano su queste stesse pareti. Poiché le pareti del pallone sono elastiche, questo si espanderà a causa dell'aumento della forza esercitata dall'aria.

Provate voi stessi:
Riempite un palloncino normale e fate un nodo ben stretto. Misurate con un metro il perimetro del pallone e registratene il valore. Disegnate, con una matita, una linea intorno al pallone, in modo tale da misurarlo di nuovo nello stesso punto. Mettete quindi il palloncino al sole. Sottoposta ai raggi solari, l'aria diventerà più calda e il palloncino comincerà a dilatarsi.

Dopo un certo tempo, misurando il palloncino, vedrete che le sue dimensioni saranno maggiori. Potrete constatare questo fenomeno osservando il palloncino durante il riscaldamento.

Durante il fenomeno di dilatazione, il palloncino potrebbe scoppiare!
I gas esistenti nell'aria (ossigeno e azoto) sono costituiti da molecole. Queste molecole sono in continuo movimento e la velocità alla quale si muovono dipende, tra gli altri fattori, dalla temperatura e dalla quantità di gas.

Quando la temperatura aumenta, le molecole si muovono più velocemente, scontrandosi le une contro le altre e anche contro tutti gli oggetti vicini. Una molecola che si scontra contro un oggetto a bassa velocità esercita una piccola forza su questo oggetto, ma quando una molecola si scontra contro questo stesso oggetto ad una velocità maggiore, la forza esercitata dalla molecola sull'oggetto sarà anch'essa maggiore.

All'interno del pallone ci sono molecole in costante movimento contro le pareti dello stesso. Quanto più velocemente le molecole si spostano, maggiore sarà la forza con cui si scontrano contro le pareti del pallone e, di conseguenza, maggiore sarà la forza che esercitano su queste stesse pareti. Poiché le pareti del pallone sono elastiche, questo si espanderà a causa dell'aumento della forza esercitata dall'aria.

Provate voi stessi:
Riempite un palloncino normale e fate un nodo ben stretto. Misurate con un metro il perimetro del pallone e registratene il valore. Disegnate, con una matita, una linea intorno al pallone, in modo tale da misurarlo di nuovo nello stesso punto. Mettete quindi il palloncino al sole. Sottoposta ai raggi solari, l'aria diventerà più calda e il palloncino comincerà a dilatarsi.

Dopo un certo tempo, misurando il palloncino, vedrete che le sue dimensioni saranno maggiori. Potrete constatare questo fenomeno osservando il palloncino durante il riscaldamento.

Durante il fenomeno di dilatazione, il palloncino potrebbe scoppiare!

Meno aria significa meno peso

Con il riscaldamento dell'aria al suo interno, il palloncino si dilata Prima del riscaldamento se il volume del pallone è di 1000 litri, dopo il riscaldamento aumenta del 10%. Quindi, la stessa quantità di aria ha aumentato il suo volume passando a 1.100 litri. Tuttavia, il peso di questa quantità di aria è ancora 1.300 grammi.

È inoltre possibile osservare un altro fenomeno.

Nello spazio che conteneva in precedenza 1.300 grammi di aria, vi è ora meno peso, poiché la dilatazione ha aumentato il volume dell'aria del 10%.

Invece di 1.300 grammi in 1.000 litri, abbiamo adesso 1300 grammi in 1100 litri. Semplici calcoli dimostrano come, avendo come base 1000 litri, vi è una riduzione del peso (1.000/1.100 =) 0,909, ossia, è diventato (1300 * 0,909) = 1182 grammi circa. Il peso è diminuito quindi di circa 118 grammi.
Con il riscaldamento dell'aria al suo interno, il palloncino si dilata Prima del riscaldamento se il volume del pallone è di 1000 litri, dopo il riscaldamento aumenta del 10%. Quindi, la stessa quantità di aria ha aumentato il suo volume passando a 1.100 litri. Tuttavia, il peso di questa quantità di aria è ancora 1.300 grammi.

È inoltre possibile osservare un altro fenomeno.

Nello spazio che conteneva in precedenza 1.300 grammi di aria, vi è ora meno peso, poiché la dilatazione ha aumentato il volume dell'aria del 10%.

Invece di 1.300 grammi in 1.000 litri, abbiamo adesso 1300 grammi in 1100 litri. Semplici calcoli dimostrano come, avendo come base 1000 litri, vi è una riduzione del peso (1.000/1.100 =) 0,909, ossia, è diventato (1300 * 0,909) = 1182 grammi circa. Il peso è diminuito quindi di circa 118 grammi.
Con il riscaldamento dell'aria al suo interno, il palloncino si dilata Prima del riscaldamento se il volume del pallone è di 1000 litri, dopo il riscaldamento aumenta del 10%. Quindi, la stessa quantità di aria ha aumentato il suo volume passando a 1.100 litri. Tuttavia, il peso di questa quantità di aria è ancora 1.300 grammi.

È inoltre possibile osservare un altro fenomeno.

Nello spazio che conteneva in precedenza 1.300 grammi di aria, vi è ora meno peso, poiché la dilatazione ha aumentato il volume dell'aria del 10%.

Invece di 1.300 grammi in 1.000 litri, abbiamo adesso 1300 grammi in 1100 litri. Semplici calcoli dimostrano come, avendo come base 1000 litri, vi è una riduzione del peso (1.000/1.100 =) 0,909, ossia, è diventato (1300 * 0,909) = 1182 grammi circa. Il peso è diminuito quindi di circa 118 grammi.

Gli oggetti pesanti cadono ma gli oggetti leggeri rimangono in sospeso.

La forza di gravità attrae tutti gli oggetti.

L'aria all'interno del pallone pesa 1300 grammi e quindi è attratta verso la terra dalla forza di gravità.  L'aria intorno al pallone è sottoposta anch'essa all'azione della gravità.

Come è stato precedente spiegato, l'aria riscaldata all'interno del pallone è più leggera dell'aria fredda che lo circonda. L'aria riscaldata è spinta quindi verso l'alto rispetto all'aria fredda.

Basta fare un semplice confronto: se la forza con cui l'aria riscaldata viene spinta verso l'alto è superiore alla forza di gravità che attrae il pallone verso il basso, è possibile constatare che l'aria calda sta vincendo la forza di gravità man mano che si sale verso l'alto.
La forza di gravità attrae tutti gli oggetti.

L'aria all'interno del pallone pesa 1300 grammi e quindi è attratta verso la terra dalla forza di gravità.  L'aria intorno al pallone è sottoposta anch'essa all'azione della gravità.

Come è stato precedente spiegato, l'aria riscaldata all'interno del pallone è più leggera dell'aria fredda che lo circonda. L'aria riscaldata è spinta quindi verso l'alto rispetto all'aria fredda.

Basta fare un semplice confronto: se la forza con cui l'aria riscaldata viene spinta verso l'alto è superiore alla forza di gravità che attrae il pallone verso il basso, è possibile constatare che l'aria calda sta vincendo la forza di gravità man mano che si sale verso l'alto.
La forza di gravità attrae tutti gli oggetti.

L'aria all'interno del pallone pesa 1300 grammi e quindi è attratta verso la terra dalla forza di gravità.  L'aria intorno al pallone è sottoposta anch'essa all'azione della gravità.

Come è stato precedente spiegato, l'aria riscaldata all'interno del pallone è più leggera dell'aria fredda che lo circonda. L'aria riscaldata è spinta quindi verso l'alto rispetto all'aria fredda.

Basta fare un semplice confronto: se la forza con cui l'aria riscaldata viene spinta verso l'alto è superiore alla forza di gravità che attrae il pallone verso il basso, è possibile constatare che l'aria calda sta vincendo la forza di gravità man mano che si sale verso l'alto.

Da dove proviene la forza di impulso?

Cosa ha fatto salire il palloncino quando diventa più leggero dell'aria circostante? La spiegazione può essere ritrovata nel Principio di Archimede. Archimede, studioso vissuto nel III secolo a.C., scoprì il principio alla base di questi fenomeni. La forza di spinta di ogni oggetto è uguale al peso della materia (in questo caso l'aria) che sarà sostituita da questo stesso oggetto. In altre parole, l'aria al posto del pallone pesava 1.300 grammi. Il pallone con l'aria calda ha sostituito l'aria.  Vi è quindi una forza di spinta di 1.300 grammi a seguito della sostituzione dell'aria fredda con il pallone contenente l'aria calda.

Il principio di Archimede spiega anche il perché un pallone da calcio galleggia in acqua.
Se immergiamo in acqua una palla di plastica con 5 litri di aria, questa sostituirà 5 litri d'acqua.
5 litri di acqua pesano 5.000 grammi.
Secondo il Principio di Archimede, questa sostituzione produce una forza di spinta pari a 5.000 grammi.

La palla, e l'aria al suo interno, hanno, naturalmente, un peso complessivo, nel caso specifico, di circa 500 grammi, corrispondenti alla palla e 5 litri di aria, ossia 1,3 grammi per litro, per un totale di 506,5 grammi. Considerando che una forza di spinta di 5.000 grammi è notevolmente superiore al peso della palla, questa salirà alla superficie dell'acqua.

Cosa ha fatto salire il palloncino quando diventa più leggero dell'aria circostante? La spiegazione può essere ritrovata nel Principio di Archimede. Archimede, studioso vissuto nel III secolo a.C., scoprì il principio alla base di questi fenomeni. La forza di spinta di ogni oggetto è uguale al peso della materia (in questo caso l'aria) che sarà sostituita da questo stesso oggetto. In altre parole, l'aria al posto del pallone pesava 1.300 grammi. Il pallone con l'aria calda ha sostituito l'aria.  Vi è quindi una forza di spinta di 1.300 grammi a seguito della sostituzione dell'aria fredda con il pallone contenente l'aria calda.

Il principio di Archimede spiega anche il perché un pallone da calcio galleggia in acqua.
Se immergiamo in acqua una palla di plastica con 5 litri di aria, questa sostituirà 5 litri d'acqua.
5 litri di acqua pesano 5.000 grammi.
Secondo il Principio di Archimede, questa sostituzione produce una forza di spinta pari a 5.000 grammi.

La palla, e l'aria al suo interno, hanno, naturalmente, un peso complessivo, nel caso specifico, di circa 500 grammi, corrispondenti alla palla e 5 litri di aria, ossia 1,3 grammi per litro, per un totale di 506,5 grammi. Considerando che una forza di spinta di 5.000 grammi è notevolmente superiore al peso della palla, questa salirà alla superficie dell'acqua.

Cosa ha fatto salire il palloncino quando diventa più leggero dell'aria circostante? La spiegazione può essere ritrovata nel Principio di Archimede. Archimede, studioso vissuto nel III secolo a.C., scoprì il principio alla base di questi fenomeni. La forza di spinta di ogni oggetto è uguale al peso della materia (in questo caso l'aria) che sarà sostituita da questo stesso oggetto. In altre parole, l'aria al posto del pallone pesava 1.300 grammi. Il pallone con l'aria calda ha sostituito l'aria.  Vi è quindi una forza di spinta di 1.300 grammi a seguito della sostituzione dell'aria fredda con il pallone contenente l'aria calda.

Il principio di Archimede spiega anche il perché un pallone da calcio galleggia in acqua.
Se immergiamo in acqua una palla di plastica con 5 litri di aria, questa sostituirà 5 litri d'acqua.
5 litri di acqua pesano 5.000 grammi.
Secondo il Principio di Archimede, questa sostituzione produce una forza di spinta pari a 5.000 grammi.

La palla, e l'aria al suo interno, hanno, naturalmente, un peso complessivo, nel caso specifico, di circa 500 grammi, corrispondenti alla palla e 5 litri di aria, ossia 1,3 grammi per litro, per un totale di 506,5 grammi. Considerando che una forza di spinta di 5.000 grammi è notevolmente superiore al peso della palla, questa salirà alla superficie dell'acqua.

Il peso del pallone

Il pallone ha di per sé un peso, per insignificante che sia.

Il peso del pallone dev'essere aggiunto al peso dell'aria presente al suo interno.

Se il peso di entrambi è inferiore alla forza di spinta prodotta dalla sostituzione dell'aria, allora il pallone salirà.
Il pallone ha di per sé un peso, per insignificante che sia.

Il peso del pallone dev'essere aggiunto al peso dell'aria presente al suo interno.

Se il peso di entrambi è inferiore alla forza di spinta prodotta dalla sostituzione dell'aria, allora il pallone salirà.
Il pallone ha di per sé un peso, per insignificante che sia.

Il peso del pallone dev'essere aggiunto al peso dell'aria presente al suo interno.

Se il peso di entrambi è inferiore alla forza di spinta prodotta dalla sostituzione dell'aria, allora il pallone salirà.


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