Werking van een heteluchtballon | Archimedes | Warme lucht die stijgt

Ooit al afgevraagd hoe een luchtballon werkt? Waarom stijgt een luchtballon? Wat is de wet van Archimedes? Hieronder vind je het antwoord op enkele van deze vragen. U kan deze informatie eventueel gebruiken als spreekbeurt!

Aerostatica

Hoe komt het dat een luchtballon stijgt? Of beter: Hoe komt het dat warme lucht stijgt?

a) gewicht van lucht

Je zou het niet zeggen, maar lucht heeft een bepaald gewicht. Dit gewicht hangt bovendien af van verschillende factoren zoals temperatuur en luchtdruk. Om een idee te geven: 1 liter lucht weegt ongeveer 1,3 gram.

b) beweging van moleculen

Een gasmengsel bestaat uit moleculen. Deze moleculen bewegen heen en weer. De bewegingssnelheid is afhankelijk van de temperatuur. Hoe groter de temperatuur, hoe sneller de moleculen heen en weer bewegen. Hoe lager de temperatuur, hoe trager de moleculen bewegen. Je kan dit ook bekijken bij moleculen in een voorwerp, zoals een ballon. Moleculen met een lage temperatuur in een ballon oefenen een kleine druk uit op de ballon (door de trage heen en weer bewegingen), moleculen met een hoge temperatuur duwen meer op de ballon en oefenen dus een grotere druk uit op de ballon. De stof van de ballon gaat dus meer op vorm komen bij een hogere temperatuur.

c) gewicht van lucht bij invloed van temperatuur

Warm je lucht op, dan zet die lucht uit. Je kan dit ook zo zien: stel dat je vertrekt van een luchtvolume van 1000 kubieke meter. Als je deze lucht opwarmt, dan zal de lucht uitzetten. Hetzelfde gewicht is dan voor een groter volume, bijvoorbeeld 1100 kubieke meter. Uitgezette lucht weegt minder dan niet-uitgezette lucht.

Om een idee te geven: met 1 kubieke meter (1meter³ = 1meter x 1meter x 1meter) warmelucht kan je zo'n 250 gram optillen (dit heet ook de 'draagkracht'). Op die manier heeft een warmeluchtballon een volume van (meestal) zo'n 3000 tot 10000 kubieke meter nodig, dit voor ballons van 2 tot 15 passagiers. 1 kubieke meter helium, kan daarentegen 1kg optillen. Dit wil zeggen dat de draagkracht van helium 4 keer zo groot is als de draagkracht van warmelucht.

d) zwaartekracht

De zwaartekracht is de kracht die alle voorwerpen naar beneden, naar de aarde wil trekken. De zwaartekracht kijkt om het eenvoudig uit te leggen eerst naar de zwaarste objecten, en dan naar de lichtere objecten. Dit is ook zo voor lucht, die ook zwaarder of minder zwaar kan zijn. De koudere, zwaardere lucht zal hierdoor meer onderin de atmosfeer zitten. Warmere lucht stijgt dan in vergelijking met de koudere lucht.

e) Archimedes

Archimedes was een geleerde die de Wet Van Archimedes bepaalde (Archimedes is de persoon die bekend is van het woord Eureka). Die wet luidt (volgens Wikipedia) als volgt: De opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt is even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas. Anders bekeken: stel dat lucht die op de plaats van de ballon zat (voordat de ballon opsteeg) 1,3 gram per liter weegt, dan komt de ballon met verwarmde lucht op die plaats tijdens de vlucht. Door de verplaatste lucht is er een opwaarste kracht van 1,3 gram per liter verplaatste lucht.

f) Algemeen

Hoe warmer de lucht in de ballon, hoe meer hij zal stijgen. Hoe kouder het wordt in de luchtballon, hoe sneller hij zal dalen. Opmerking: je moet ook rekening houden met het eigen gewicht van de luchtballon. Dit moet ook gecompenseerd worden in temperatuur voor je kan opstijgen.

Opbouw

Een ballon wordt getransporteerd in een grote zak. Voor het opstijgen, wordt het zeil opengelegd op een groot terrein, bij voorkeur met een gras-ondergrond (dat maakt de luchtballon niet vuil). Er mogen geen grote obstakels zoals kranen of kerktorens in de buurt staan. Met stalen kabels wordt het zeil aan de mand bevestigd.

Met een krachtige ventilator wordt koude lucht in de ballon geblazen. Dit maakt de ballon bolvormig, maar de ballon blijft nog op de grond liggen (het is immers koude lucht).

Als de ballon voldoende bol staat, dan brandt de piloot met zijn gasbranders in de opening van de luchtballon. De lucht in de ballon wordt verwarmd, en het geheel zal omhoog komen.

Het gas dat gebruikt wordt bij een ballonvaart is propaan.

Door te branden kan de piloot de luchtballon opwarmen zodat hij stijgt. Door te wachten met dalen kan de ballon afkoelen, en daalt hij. Door ritmisch te branden kan de ballon uitgeleveld worden.