Аппараты легче воздуха
Плотность и давление - два параметра, характеризующие состояние воздуха
и жидкости. На уровне моря плотность воздуха приблизительно равна 1,3 кг/м3,
а атмосферное давление составляет около 100 кПа. С увеличением высоты плотность
и давление воздуха резко уменьшаются. В 40-60 км над поверхностью Земли
плотность и давление воздуха уменьшаются в сотни раз.
"Всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько
весит вытесненная им жидкость" - этот закон Архимеда может быть отнесен
и к воздуху. Поэтому для преодоления силы тяжести надо, чтобы летательный
аппарат был очень легким и при этом вытеснял бы значительный объем воздуха.
Первые воздушные шары заполнялись нагретым воздухом: при нагревании
воздух расширяется и плотность его уменьшается. Впервые воздушный шар построили,
в конце XVIII в. во Франции братья Монгольфье (рис. 1). Модель такого шара
нетрудно сделать самому. Надо склеить его из долек папиросной бумаги и
снизу через отверстие наполнить теплым воздухом, подержав шар, например,
над костром. Шар перестанет летать, когда воздух в нем охладится.
Рис. 1. Воздушные шары. Слева направо: шар Монгольфье наполнен теплым
воздухом (1783); воздушный шар, наполненный водородом (1785); стратостат
"СССР-1". На этом стратостате в 1933 г. впервые в мире советские стратонавты
поднялись на высоту 19 км. На большой высоте из-за малого давления атмосферы
стратостат становится шарообразным.
Если шар заполнить газом более легким, чем воздух (т. е. с меньшей плотностью),
то давление изнутри и снаружи шара можно уравновесить, а оболочку сделать
из тонкого легкого материала. Обычно для наполнения воздушных шаров используют
водород или гелий: плотность водорода в 14, а гелия в 7 раз меньше плотности
воздуха (при одних и тех же давлении и температуре).
Современный воздушный шар с герметической кабиной для человека называется
стратостатом. Воздушные шары почти неуправляемы и летят, куда дует
ветер. Поэтому сейчас они используются только для научных исследований
атмосферы Земли, для разведки погоды, а иногда и для военной разведки.
На таких шарах установлена аппаратура, которая передает полученные сведения
по радио. В годы второй мировой войны на привязанных воздушных шарах (аэростатах)
поднимались проволочные противоавиационные заграждения. Аппаратом легче
воздуха можно управлять, снабдив его двигателем и рулями. Управляемый аппарат
называется
дирижаблем. Чтобы сопротивление воздуха было как можно
меньше, дирижаблю придают вытянутую сигарообразную форму (рис. 2).
Рис. 2. Дирижабль; двигатель с воздушным винтом прикреплен к кабине.
Для жесткости его оболочка натянута на металлический каркас. Строились
и цельнометаллические дирижабли, внутри которых были расположены резервуары
с легким газом. Дирижабль не может летать так же высоко, как стратостат,
потому что объем его почти постоянен. Обычно дирижабли достигают высоты
не более 6 км, максимальная скорость - около 150 км/ч. Строительство дирижаблей
развернулось после первой мировой войны. Сначала дирижабли были построены
в Германии, затем в США и СССР. Но широкого распространения они не получили.
Водород, которым их наполняли, легко воспламенялся (были случаи, когда
дирижабли сгорали в воздухе). Дирижабли большого размера могут сломаться,
попав в сильный ветер.
|