工人坐氢气球打松塔被风吹走,热气球和氢气球失控后会去向何方?

1、引言
昨天(9月4日) , 在黑龙江牡丹江 , 一位工人坐氢气球打松塔时 , 不慎气球被风吹走并失联 。 最新消息表示 , 该工人已经安全落地 , 被吹走的原因是操作不当 。 在这起事件中 , 有一个迷惑人的地方 , 媒体在报道失联的时候 , 都说的是氢气球;后来报道安全落地的时候 , 标题还是氢气球 , 但是正文部分说的却是热气球 。 到底是氢气球 , 还是热气球 , 我们无法判断 , 不过其升空原理是一样的 。 所幸的是 , 这位工人最终学会了操作 , 安全着落 。 假设气球失控 , 最后的归宿是哪里?
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热气球还是氢气球?2、氢气球与热气球
不管是氢气球 , 还是热气球 , 它的升力原理都是一样的 。 气球内部的氢气或者热气 , 其密度要低于外界正常空气的密度 , 于是就好像乒乓球浮于水面一样 , 热气球会浮于空气之上 。 氢气的密度是0.081272kg/m3(0.1MPa,25°C) , 热气球的密度是0.95kg/m3(100℃) 。 而空气的密度是1.29kg/m3(0.1MPa,0°C) , 正是这个密度 , 才是气球能够升空的根本原因 。
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热气球浮于空气之上另外 , 从氢气和热气的密度大小对比 , 我们也能看到 , 氢气球的升空效果要比热气球好很多 。 同等条件下 , 氢气球的上升速度更快;所需体积更小 。 但是 , 相对来说 , 氢气球较为危险 。 氢气是可燃气体 , 极易发生爆炸 。 最著名的例子应该是德国的“兴登堡号”飞艇 , 当时为了提升升力 , 采用了氢气 , 结果在1937年5月6号飞艇着陆时发生爆炸 , 35人遇难 。
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兴登堡号就是用的氢气氢气球是存储性质的 , 它的上升和下降 , 也就是升力的控制 , 关键在于气球体积的大小 。 当充满气的时候 , 升力也就固定了 , 这时候想要下降 , 必须在气球上开个口子 , 让氢气泄漏到外面去 。 这位工人操作不当 , 大概就是不会让氢气球泄气 , 反而打开了阀门 , 让更多的氢气进入气球了 。 而热气球的操作就简单些 , 它的上升和下降 , 靠的是内部空气温度的大小 , 温度越高 , 升力越大 。 打开阀门 , 喷火加热 , 气球上升 。 关闭阀门 , 冷却后即便不操作也会下降 。
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热气球靠火加热升空【工人坐氢气球打松塔被风吹走,热气球和氢气球失控后会去向何方?】3、升力原理
回到升力原理上来 。 气球的升空 , 在于存在向上的升力 , 这个升力就是空气的浮力 , 所谓的空气浮力 , 本质是空气的压强 。 同学们都知道 , 空气的压强跟高度有关 , 越高压力越小 。 就像水压一样 , 水越深 , 水压就越大 。 任何一件物体 , 只要存在于地面之上 , 与空气接触 , 就都存在浮力 。 只不过 , 有些物体太重了 , 浮不起来 。 因为 , 任何物体 , 都有体积 , 那么它的顶部受到的压力因为高度高而变小 , 底部受到的压力因为高度低而变大 , 这样底大顶小 , 就形成了向上的压力差 , 也就是空气的浮力 。
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浮力(升力)原理在空气中 , 随着气球的不断升高 , 空气的密度在不断的降低 , 空气的压强也在不断的降低 。 所以 , 升力会越来越小 。 如果空气密度降低到热气球的程度 , 那么热气球就怎么也飞不上去了 。 所以 , 热气球的安全性在这里也可以体现出来 , 失控后不会越飞越高 , 到了指定高度 , 即便火没灭 , 也飞不上去了 。 从下表上看 , 3000米的高空 , 其密度已经跟热气球内的密度差不多了 。 这个高度 , 人还能生存 。 而到了20000米左右高空 , 空气密度才与氢气密度接近 , 这时候的低压低温 , 人体已经不能生存了 。 所以 , 3000m和20000m就是热气球和氢气球的升高极限 。