Cuáles son los principios científicos básicos en los que se basan los globos aerostáticos

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Comstock/Comstock/Getty Images

Los globos de aire caliente suben a través de la atmósfera debido a que su densidad es menor que la del aire circundante. Un piloto de globo disminuye la densidad del aire del mismo al calentarlo. Esto hace que el aire se expanda, reduciendo su densidad. Esta diferencia de densidad llamada fuerza de flotación, que provoca la elevación del globo, se basa en el principio de Arquímedes y el principio de Pascal, los cuales tratan sobre la dinámica de los fluidos.

Fundamentos de la flotabilidad

La flotabilidad es la fuerza que actúa hacia arriba ejercida por un fluido, en este caso la atmósfera. Sobre la base tanto del principio de Arquímedes como del principio de Pascal, la magnitud de esta fuerza de empuje es igual al peso del líquido desplazado por un objeto. La relación entre el tamaño y la masa se ​​denomina densidad. Esta relación permite la comparación de la fuerza boyante de un objeto, independientemente de su tamaño real. Si el objeto es más denso que el fluido o gas, este se hundirá, lo cual se denomina flotabilidad negativa. Si el objeto es menos denso, este se elevará, lo cual se denomina flotabilidad positiva. Cuanto mayor sea la diferencia de densidades, más grande será la fuerza y más rápido se hundirá o flotará el objeto.

Ejemplos de flotabilidad

En el caso del agua, si una barra de un material de 3 libras (1,35 kg) desplaza 1 libra (0,45 kg) de agua, la fuerza de flotación sería de 2 libras (0,9 kg). Debido a que esta fuerza es menor que la fuerza de la gravedad de 3 libras (1,35 kg) la barra se hundiría. Esto significa que la densidad del material es superior a la del agua. Sin embargo, si una barra de material de 3 libras (1,35 kg) desplaza 5 libras (2,25 kg) de agua, la fuerza de flotabilidad resultante sería negativa y de 2 libras (0,9 kg) y sería mayor que la fuerza de la gravedad, por lo que la barra flotaría. Esto significa que la densidad de la barra sería menor que la del agua. Lo mismo es cierto para los objetos, tales como los globos de aire caliente, en la atmósfera.

Densidad de un globo

Hay dos métodos para conseguir una flotabilidad positiva en un globo. En primer lugar, la densidad del globo puede ser reducida naturalmente, hasta un punto menor que la densidad de la atmósfera. Esto se puede lograr llenando el globo con un gas que sea menos denso que el aire circundante, tal como el helio. En segundo lugar, la densidad del aire dentro del globo puede ser modificada de tal manera que logre bajarla por debajo de la densidad del aire circundante. Esto se logra mediante el calentamiento del aire dentro del globo, produciendo un globo de aire caliente. A medida que el aire se calienta, se expande. Esta expansión reduce su densidad por debajo de la densidad que posee la atmósfera circundante, dando lugar a la flotabilidad o ascenso del globo.

Flotabilidad límite para los globos

La presión y la densidad aumentan con la profundidad, debido al peso del fluido ubicado por encima. Esto significa que a medida que un globo sube a través de la atmósfera, la densidad del aire circundante disminuye. En algún punto, la densidad del globo se iguala a la densidad de la atmósfera, lo que da como resultado una flotabilidad neutra. En este punto, el globo habrá alcanzado su límite máximo, no podrá elevarse más allá. En realidad esto se produce justo antes de que las densidades sean iguales, ya que la fuerza de empuje tiene en cuenta el peso de la carga útil del globo.