6o
ΚΕΦΑΛΑΙΟ
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΕΣ
ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΟ ΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ
ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ
ΑΕΡΟΣΤΑΤΟΥ
ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΟΣΤΑΤΟΥ
Τα αερόστατα
ανυψώνονται χάρη σε ένα νόμο της Φυσικής, την «Αρχή του Αρχιμήδη».
όπως ισχύει η άνωση στην αεροστατική.
Συγκεκριμένα το αέριο συμπεριφέρεται ως ρευστό.
Έτσι κατά τη Μηχανική των ρευστών, στην αεροστατική συμβαίνει ότι και στην
υδροστατική όπου η Αρχή του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως ακολούθως:
"Σε κάθε σώμα που βρίσκεται μέσα σ΄ ένα
αέριο εφαρμόζεται δύναμη άνωσης ίση με το βάρος του αερίου που εκτοπίζεται από
το σώμα".
Με απλά λόγια
μας λέει ότι αν ένα σώμα βρίσκεται μέσα σε ένα αέριο (ή υγρό) τότε ασκείται
πάνω του μια δύναμη προς τα πάνω, η άνωση, που είναι ίση με το βάρος του αερίου
(ή υγρού) που εκτοπίζεται από το σώμα αυτό.
Έτσι, στην
περίπτωση του αερόστατου, η δύναμη που δέχεται προς τα πάνω είναι ίση με το
βάρος του ατμοσφαιρικού αέρα που εκτοπίζει. Όταν γεμίσουμε το μπαλόνι με αέριο
ελαφρύτερο από τον αέρα, η άνωση είναι μεγαλύτερη από το συνολικό βάρος και
έτσι το αερόστατο ανεβαίνει. Το ίδιο συμβαίνει και όταν θερμάνουμε τον αέρα
μέσα στο μπαλόνι γιατί τότε γίνεται ελαφρύτερος από τον ατμοσφαιρικό αέρα.
Η διαφορά όμως
είναι μικρή: Τα 30 λίτρα
αέρα ζυγίζουν περίπου 30
γραμμάρια σε κανονική θερμοκρασία. Αν τα θερμάνουμε κατά
40 βαθμούς κελσίου, θα ζυγίζουν μόλις 7 γραμμάρια λιγότερο.
Έτσι καταλαβαίνουμε πως για να έχουμε μεγάλη άνωση και να ανυψωθεί το αερόστατο
πρέπει το μπαλόνι να είναι πολύ μεγάλο και να θερμαίνουμε τον αέρα στο
εσωτερικό του πολύ. Το υλικό του μπαλονιού στα σύγχρονα αερόστατα αντέχει σε
θερμοκρασίες πάνω από 200ο C αλλά οι περισσότεροι πιλότοι επιλέγουν
θερμοκρασίες γύρω στους 120ο C γιατί έτσι το υλικό αντέχει περισσότερο, 400 ως
500 ώρες πτήσης.
Μεγάλος
φόβος υπάρχει για το αερόστατο υδρογόνου γιατί σε περίπτωση ατυχήματος υπάρχει
κίνδυνος ισχυρής έκρηξης. Αυτή η απειλή έχει αντιμετωπιστεί τοποθετώντας
βαλβίδες ασφαλείας υψηλής πίεσης ή με χρήση ηλίου αντί υδρογόνου, πλην όμως επειδή αυτό
έχει 4πλάσια πυκνότητα παρέχει πολύ μικρότερη άνωση.
Απογείωση, Ανύψωση: Ο χειριστής ανοίγει τους καυστήρες που καίνε υγρό
προπάνιο, αποθηκευμένο σε ειδικά δοχεία, ώστε ο αέρας στο εσωτερικό να
θερμανθεί τόσο που η άνωση να ξεπεράσει το βάρος του αερόστατου. Τότε το
αερόστατο πάει προς τα πάνω.
Πτήση: Αν η άνωση είναι ίση με το βάρος, το αερόστατο πετά σε
σταθερό ύψος. Δεν μπορούμε να αλλάξουμε την πορεία του, πάει όπου φυσά ο
άνεμος, και με την ίδια ταχύτητα, γι’ αυτό και οι επιβάτες δεν αισθάνονται τον
άνεμο να τους φυσά.
Προσγείωση: Ο χειριστής αφήνει τον αέρα να κρυώσει λίγο, ώστε το
αερόστατο να κατεβαίνει αργά αργά. Το καλάθι είναι από πλεχτό υλικό ώστε στην
προσγείωση να απορροφά μέρος της πρόσκρουσης και να μην τραντάζονται πολύ οι
επιβάτες.
Στις πολύ
ζεστές μέρες η διαφορά με τη θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα είναι
μικρότερη, και έτσι τα αερόστατα δεν ανυψώνονται τόσο γρήγορα και εύκολα όσο
στις πιο κρύες μέρες.
Ολα τα
αερόστατα, ανεξαρτήτως τρόπου ανύψωσης, αποτελούνται κατά βάση από το περίβλημα
ή θόλο (envelope) και το καλάθι (basket). Τα αερόστατα θερμού αέρα, διαθέτουν
ως ανωστικό σύστημα ένα καυστήρα ή συγκρότημα καυστήρων, ο οποίος λειτουργεί,
χρησιμοποιώντας ως καύσιμο φυσικό αέριο (προπάνιο), προκειμένου να θερμαίνει
τον αέρα εντός του θόλου, θέρμανση η οποία μειώνει την πυκνότητα και κατά συνέπεια
το ειδικό βάρος του αέρα αυτού σε σημείο, ώστε το συνολικό ειδικό βάρος
ολοκλήρου του συγκροτήματος (σκάφους και φορτίου) να υπολείπεται εκείνου του
εξωτερικού ατμοσφαιρικού αέρα, ο οποίος περιβάλλει το αερόστατο, με συνέπεια το
αεροσκάφος αυτό να ανέρχεται εντός της μάζας του περιβάλλοντος αέρα.
Εφ' όσον με
θέρμανση συνεχή, το ειδικό βάρος του αεροστάτου διατηρείται μικρότερο του
περιβάλλοντος αέρα, το αεροσκάφος συνεχίζει να ανέρχεται (Εαερ<Επα, όπου
Εαερ, το ειδικό βάρος του αεροστάτου και Επα, το ειδικό βάρος του περιβάλλοντος
αέρα). Εάν, πάλι, τα ειδικά βάρη αεροστάτου και αέρα εξισωθούν (Εαερ=Επα), τότε
το αεροσκάφος διατηρεί σταθερό ύψος και υπό θεωρητικές συνθήκες απόλυτης
άπνοιας, το αερόστατο παραμένει μετεωρούμενο ακίνητο. Τέλος, εάν ο αέρας εντός
του θόλου ψυχθεί μέχρι σημείου, ώστε να καταστεί το ειδικό του βάρος μεγαλύτερο
του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος αέρα (Ααερ>Επα), τότε το αερόστατο
κατέρχεται. Αυτή είναι η αρχή λειτουργίας των αεροστάτων θερμού αέρα (hot air
balloons), αλλά και των άλλων αεροστάτων.
