Cómo Funcionan Los Globos De Helio

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Los globos de helio tienden a fascinar a adultos y niños por igual (y no es solo la voz de donald duck, aunque eso es un gran atractivo). ¡aprende todo sobre el helio y por qué flota!

¡Hay algo increíblemente limpio en los globos de helio! Si compras uno en el circo o en la feria, puedes sujetar su cuerda y se moverá por encima de ti. Si sueltas la cuerda, se irá volando hasta que no puedas verla más.

Si alguna vez te has preguntado por qué vuela lejos, luego sigue leyendo. En esta edición de Como funcionan las cosas¡Lo descubrirás todo sobre el helio!

Flotando en general

Mientras el helio más el globo sea más ligero que el aire que desplaza, el globo flotará en el aire.

Mientras el helio más el globo sea más ligero que el aire que desplaza, el globo flotará en el aire.

La mayoría de nosotros nos sentimos cómodos con la idea de algo flotando en el agua. Vemos que eso sucede todos los días. De hecho, las personas flotan en el agua, por lo que tenemos una manera de experimentar directamente la flotación de agua. La razón por la que las cosas flotan en el agua también se aplica al aire, así que empecemos por entender la flotación del agua.

Digamos que tomas una botella de refresco de plástico de 1 litro, vacías el refresco que contiene, ponle la tapa (así tienes una botella sellada llena de aire), ata una cuerda alrededor como si fuera un globo, y bucear hasta el fondo del extremo profundo de una piscina con él. Ya que la botella está llena de aire, puedes imaginar que tendrá un fuerte deseo de salir a la superficie. Puedes sentarte en el fondo de la piscina con él, sujetando la cuerda, y actuará como lo hace un globo de helio en el aire. Si sueltas la cuerda, la botella subirá rápidamente a la superficie del agua.

La razón por la que el "globo" de esta botella de gaseosas quiere elevarse en el agua es porque el agua es un líquido y la botella de 1 litro es desplazando Un litro de ese fluido. La botella y el aire en ella pesan quizás una onza como máximo (1 litro de aire pesa aproximadamente un gramo, y la botella también es muy liviana). El litro de agua que desplaza, sin embargo, pesa alrededor de 1,000 gramos (2.2 libras o menos). Debido a que el peso de la botella y su aire es menor que el peso del agua que desplaza, la botella flota. Esta es la ley de flotabilidad.

Flotación De Helio

Cómo funcionan los globos de helio: helio

Los globos de helio funcionan por la misma ley de flotabilidad. En este caso, el globo de helio que sostiene por una cuerda está flotando en una "piscina" de aire (cuando está parado bajo el agua en el fondo de una piscina, está de pie en una "piscina de agua" tal vez 10 pies de profundidad - - cuando estás parado en un campo abierto estás parado en el fondo de un "grupo de aire" que tiene muchas millas de profundidad). El globo de helio desplaza una cantidad de aire (al igual que la botella vacía desplaza una cantidad de agua). Mientras el helio más el globo sea más ligero que el aire que desplaza, el globo flotará en el aire.

Resulta que el helio es mucho más ligero que el aire. La diferencia no es tan grande como lo es entre el agua y el aire (un litro de agua pesa alrededor de 1,000 gramos, mientras que un litro de aire pesa alrededor de 1 gramo), pero es significativo. El helio pesa 0.1785 gramos por litro. El nitrógeno pesa 1.2506 gramos por litro, y como el nitrógeno representa aproximadamente el 80 por ciento del aire que respiramos, 1.25 gramos es una buena aproximación para el peso de un litro de aire.

Por lo tanto, si tuviera que llenar una botella de refresco de 1 litro llena de helio, la botella pesaría aproximadamente 1 gramo menos que la misma botella llena de aire. Eso no suena como mucho: la botella en sí pesa más de un gramo, por lo que no flotará. Sin embargo, en grandes volúmenes, la diferencia de 1 gramo por litro entre aire y helio puede sumarse. Esto explica por qué los globos y globos generalmente son bastante grandes: tienen que desplazar una gran cantidad de aire para flotar. El siguiente diagrama muestra las diferentes capacidades de elevación de diferentes volúmenes de helio:

Cómo funcionan los globos de helio: helio

¡Un globo de 100 pies de diámetro puede levantar 33,000 libras! Aquí es cómo puede averiguar la capacidad de elevación del helio en un globo de helio esférico:

  1. Determine el volumen del globo. El volumen de una esfera es 4/3 * pi * r3, donde r es el radio del globo. Entonces, primero determine el radio de la esfera (el radio es la mitad del diámetro). Cubica el radio (multiplícalo por sí mismo dos veces: r * r * r), multiplica por 4/3 y luego multiplica por Pi. Si estás midiendo tu globo en pies, eso te da el volumen del globo en pies cúbicos.
  2. Un pie cúbico de helio se elevará alrededor de 28.2 gramos, así que multiplique el volumen del globo por 28.2.
  3. Divida por 448, la cantidad de gramos en una libra, para determinar la cantidad de libras que puede levantar.

Entonces, por ejemplo, un globo de 20 pies tiene un radio de 10 pies. 10 * 10 * 10 * 3.14 * 4/3 = 4,186 pies cúbicos de volumen. 4,186 pies cúbicos * 28.2 gramos / pies cúbicos = 118,064 gramos. 118,064 gramos / 448 gramos por libra = 263 libras de fuerza de elevación.

Aunque ya no se usa mucho, globos de hidrógeno alguna vez fueron bastante populares. El hidrógeno pesa sólo 0.08988 gramos por litro. Sin embargo, es altamente inflamable, por lo que la chispa más leve puede causar una gran explosión.

Entonces, ¿por qué el helio y el hidrógeno son mucho más livianos que el aire? Es porque los átomos de hidrógeno y helio son más ligeros que un átomo de nitrógeno. Tienen menos electrones, protones y neutrones que los átomos de nitrógeno, y eso los hace más livianos (el peso atómico aproximado del hidrógeno es 1, el helio es 4 y el nitrógeno es 14).Aproximadamente el mismo número de átomos de cada uno de estos elementos llena aproximadamente la misma cantidad de espacio. Por lo tanto, los gases hechos de átomos más ligeros son más ligeros.

Aire caliente

¿Qué pasa con los globos de aire caliente? Trabajan por principios similares. Si calientas un gas se expande. En el caso de un globo de aire caliente, cuando el gas en el interior del globo se expande, el gas adicional se expulsa de la parte inferior del globo, lo que significa que hay menos átomos dentro del globo, lo que significa que el aire en el globo es más ligero que el aire. fuera del globo.

La cantidad de poder de elevación Está controlado por la temperatura del aire. Si calienta el aire dentro del globo 100 grados F más caliente que la temperatura del aire exterior, entonces el aire dentro del globo será aproximadamente un 25 por ciento más ligero que el aire fuera del globo. Entonces, un pie cúbico de aire pesa unos 35 gramos a 32 grados F. Un pie cúbico de aire caliente a 132 grados F pesará un 25 por ciento menos, o aproximadamente 26.5 gramos. La diferencia es de 8,5 gramos o menos. Por lo tanto, un globo de aire caliente tiene que ser mucho más grande para soportar el mismo peso, pero flotará porque el aire más caliente es más ligero que el aire más frío.

Puede obtener una idea de la cantidad de aire que se contrae y expande a medida que cambia su temperatura realizando el siguiente experimento:

  1. Tome dos bolsas Ziplock (tamaño de 1 galón) y sóplelos (puede hacer esto cerrando la bolsa con un cierre de cremallera, luego abriendo un pequeño orificio en un extremo de la cremallera). Sople cada bolsa como un globo y séllela mientras mantiene presionada la última respiración. Quieres que estas bolsas estén llenas, quieres que el plástico de ambas bolsas infladas esté tenso.
  2. Ahora deja reposar las bolsas en el mostrador durante un par de minutos y enfríate. Usted bombeó aire a 98.6 grados F y desea que la temperatura descienda a la temperatura ambiente. Las bolsas probablemente se volverán un poco menos tensas en el proceso de enfriamiento (tiene sentido...), así que agregue una bocanada más de aire para volver a tensarlas.
  3. Ahora coloque una de las bolsas en el congelador durante unos tres minutos, mientras deja la otra en el mostrador. Cuando saque la bolsa en el congelador, se habrá desinflado. ¿Cuánto cuesta? Alrededor del 10 por ciento al 15 por ciento. Se ha desinflado porque el aire más frío es más denso que el aire más caliente. Compare la bolsa fría con la bolsa del mostrador; la bolsa fría no estará tensa en absoluto. Entonces ocurrirá algo divertido cuando se calienta la bolsa fría: ¡se pondrá tensa de nuevo y volverá a su tamaño original!

Se puede ver claramente que el aire más caliente ocupa más espacio que el aire más frío. Por lo tanto, el aire más cálido es más liviano que el aire frío, ¡y eso es lo que hace que un globo de aire caliente flote!

Para obtener más información sobre los globos aerostáticos, haga clic aquí para ver una colección de enlaces y vea cómo funcionan los globos aerostáticos.

De dónde viene el helio

Si pones helio en un globo y lo sueltas, el globo se eleva hasta que salta. Cuando aparece, el helio que se escapa no tiene ninguna razón para detenerse, simplemente continúa y se filtra hacia el espacio.

Por lo tanto, en la atmósfera hay muy poco helio en un momento dado. El helio que hay viene de partículas alfa emitido por desintegración radiactiva (consulte Cómo funciona la radiación nuclear para obtener detalles sobre la desintegración alfa). En lugares que tienen mucho mineral de uranio, gas natural Tiende a contener altas concentraciones de helio (hasta 7 por ciento). Esto tiene sentido, ya que la descomposición del uranio emite muchas partículas alfa y una bolsa de gas natural tiende a ser un contenedor sellado bajo tierra. El helio se destila criogénicamente del gas natural para producir el helio que colocamos en los globos.

Para más información sobre el helio y temas relacionados, echa un vistazo a los enlaces en la página siguiente.


Suplemento De Vídeo: Globo de helio casero 100% efectivo (fácil 2018).




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