Hvað verður um allar blöðrurnar sem svífa upp í loftið, til dæmis á 17. júní?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað verður um allar blöðrurnar sem svífa upp í loftið, til dæmis á 17. júní?

Georg spurði: Hvað verður um helínblöðrur þegar þær fara upp í loftið?

Er ofar dregur lækkar loftþrýstingur umhverfis blöðrurnar og þær þenjast út, springa eða fara að leka og falla síðan til jarðar.

Ris blöðru

Það er eðli lofts og vökva að leita í það ástand sem lægsta hefur stöðuorku. Þungt loft leitar því niður fyrir léttara loft og létta loftið verður ofan á. Loft leitar upp úr vatni vegna þess að vatnið er þyngra en loftið en einnig mætti segja að vatnið leiti niður fyrir loftið. Olía flýtur á vatni vegna þess að hún er eðlisléttari en vatnið. Blöðrur sem eru nógu léttar, til dæmis af því að þær eru fylltar lofttegund sem er eðlisléttari en andrúmsloftið, svo sem helíni, hafa af sömu ástæðu tilhneigingu til að svífa til himins sé þeim ekki haldið niðri.

Talað er um að flotkraftur eða uppdrif togi hlut í lofti, til dæmis blöðru, upp á við. Flotkrafturinn er afleiðing af því að lofthjúpurinn er í þyngdarsviði og stendur krafturinn í réttu hlutfalli við massa þess andrúmslofts sem hluturinn ryður frá sér. Á móti verkar þyngdarkrafturinn sem togar í loftið sem er inni í blöðrunni, blöðruna sjálfa og það sem kann að hanga neðan í henni.

Eðlismassi andrúmsloftsins minnkar eftir því sem ofar dregur. Ef létt blaðra breytist ekkert kemur að því að hún nær þeirri hæð að flotkrafturinn vegna loftsins sem hún ryður frá sér vegur ekki lengur upp á móti þyngdarkraftinum. Blaðran fer þá ekki hærra.

Þan blöðru og hámarkshæð

Þegar blöðrur stíga upp á við dregur úr loftþrýstingi umhverfis þær. Sé efni blöðrunnar teygjanlegt þenst hún út vegna umframþrýstings inni í henni. Rúmmál hennar eykst og þrýstingur inni í henni minnkar. Við þanið eykst flotkrafturinn en þyngdarkrafturinn ekki og blaðran leitar enn upp á við vegna þansins. Að öðru jöfnu komast því blöðrur sem geta þanist út hærra en þær sem þenjast lítið sem ekkert.

Massalaus blaðra sem hvorki fellur saman né þenst út nær í um 16 kílómetra hæð sé hún fyllt af helíni. Ef gert er ráð fyrir að tóm blaðra vegi 5 g og sé 30 cm að þvermáli nær hún ekki nema í helming þeirrar hæðar. Sé þessi sama 5 g þunga blaðra þannig gerð að hún geti tvöfaldað þvermál sitt á leiðinni upp næst ekki jafnvægi milli flotkrafts og þyngdarkrafts fyrr en komið er í um 18 km hæð.

Vegi blaðran hins vegar 15 g stígur hún ekki upp miðað við algengan lofthita á Íslandi í júnímánuði, sem er um 11°C. Samhengi er milli eðlismassa lofts og lofthita þannig að því kaldara sem er, þeim mun þyngri þarf blaðran að vera til að haldast niðri við jörðu. Flotkrafturinn er með öðrum orðum meiri í köldu lofti en hlýju. Sé lofthiti 25 stig þarf blaðran og það sem í henni hangir ekki að vega nema rúm 14 g til að haldast niðri við jörðu. Sá sem heldur upp á 17. júní á Suðurskautslandinu í 40 stiga frosti þarf á hinn bóginn að hafa blöðruna um 18 g til að hún svífi ekki út í buskann.

Venjulegar helínblöðrur, sem eru til dæmis seldar 17. júní, þenjast ekki mjög mikið. Þegar blaðran stígur upp á við má því ætla að fljótlega myndist verulegur þrýstingsmunur milli loftsins í blöðrunni og utan hennar. Blöðrurnar eru ekki sterkar og viðbúið að þær láti fljótt undan þrýstingnum, fari að leka eða springi og falli niður.

Sterkar blöðrur úr teygjanlegu efni sem geta þanist mikið ná mun lengra upp á við en þjóðhátíðarblöðrurnar. Slíkar blöðrur bera daglega veðurmælitæki upp í 20-30 km hæð áður en þær springa. Háloftavindar geta síðan borið mælitækin og leifarnar af blöðrunni tugi kílómetra frá þeim stað þar sem blöðrunni var hleypt upp áður en þyngdarkrafturinn skilar leifunum til jarðar.

Á endanum springa sem sagt flestar helíumblöðrurnar og falla niður, en þyngd þeirra og eiginleikar efnisins sem í þeim er ákvarða hversu hátt þær ná. Kannað hefur verið hversu hátt blöðrur af ýmsum gerðum gætu náð áður en þær springa eða ná jafnvægi og hætta að stíga. Í ljós kom að blöðrurnar sem notaðar voru þoldu aðstæður sem samsvara allt frá 400 m upp í tæplega 11 km hæð yfir jörðu. Efni blaðranna réð mestu um hversu hátt þær gætu náð, en eins reyndist verulegur munur á blöðrum sem þó voru úr sama efni og jafnþungar.

Lesa má um blöðrutilraunina hér: ballonhq.com

Myndir:

• Efri mynd: HB
• Neðri mynd: wikimedia commons. Ljósmyndari er Oren Rozen. Birt undir Creative Commons leyfi. Sótt 15. 6. 2012.

...