Ми знаємо чому літають небесні ліхтарики! Правда! Насправді це. магія. Справжнє, стародавня китайська магія! Адже Небесні ліхтарики з'явилися приблизно 1800 років тому в Китаї!
Ну а якщо серйозно і якщо Ви готові розібратися в формулах і Вам реально нічим більше зайнятися, то ось:
Полум'я пальника нагріває повітря всередині ліхтарика до 100
120 ° С. При нагріванні щільність повітря стає менше, а відповідно і його маса. Повітря всередині ліхтарика стає легше повітря зовні, тому ліхтарик спливає в холодному повітрі.
Щільність нагрітого повітря всередині паперового ліхтарика можна порахувати, використовуючи рівняння стану ідеального газу
де ρ - щільність повітря, p - абсолютний тиск, R - універсальна газова стала для сухого повітря (287,058 Д ж / (кг · К)) і T - абсолютна температура в Кельвіна.
Обсяг середнього ліхтарика приблизно дорівнює 0.25 м³. При стандартному атмосферному тиску в 101,325 кПа і температурі повітря 20 ° С щільність атмосферного повітря становить 1,2041 кг/м³. Звідси випливає, що маса повітря в ліхтарику об'ємом 0.25 м³ складе близько 300 грамів.
При нагріванні повітря всередині ліхтаря до температури в 100 ° С його щільність знизиться, і складе 0,946 кг/м³. При такій щільності, маса повітря всередині ліхтарика буде вже не 300 г, а 236 г. Маса конструкції середнього китайського ліхтарика близько 50 м Загальна маса ліхтарика (з нагрітим повітрям всередині) 50 г + 236 г = 286 м Виходить, що повна маса ліхтарика на 14 г менше маси повітря, що займає такий же обсяг. Ця різниця відповідає підйомній силі, що діє на ліхтарик.
Відповідно до закону Архімеда на тіло, занурене в рідину (або газ), діє виштовхуюча сила, рівна вазі витісненої цим тілом рідини (або газу),, де - щільність рідини (газу), - прискорення вільного падіння, а - обсяг зануреного тіла.
Для ліхтарика виштовхує сила = 1,20кг/м³ × 9,8 м / с ² × 0,25 м³ = 2,94 Н. Сила тяжіння, що діє на ліхтарик, = 0,286 кг × 9,8 м / с ² = 2,80 Н .
Поведінка ліхтарика залежить від співвідношення між модулями сили тяжіння і сили Архімеда, які діють на це тіло. Ліхтарик почне підніматися в небо, якщо виконується умова. У нашому випадку ця умова виконується, так як 2,80 Н <2,94 Н.