熱氣球穩(wěn)定上升必須滿足兩個(gè)條件:一是氣球所受的浮力必須大于球內(nèi)熱空氣的重G1、球體外殼的重G2與球體所帶負(fù)載的重G3三者之和;二是空氣浮力作用中心應(yīng)在整個(gè)熱氣球重心的上方,使熱氣球在升空發(fā)生傾斜時(shí),浮力與重力能產(chǎn)生一個(gè)糾正傾斜的恢復(fù)力矩。
對(duì)于一定體積的熱氣球,實(shí)現(xiàn)以上條件的可行辦法:一是通過(guò)提高球內(nèi)熱空氣溫度,使G1減??;二是選用強(qiáng)度大、厚度薄、耐高溫的材料制作熱氣球外殼;三是選擇熱氣球形狀,并將負(fù)載懸于氣球下方。
工具與材料:電烙鐵(25瓦),剪刀。耐高溫、高強(qiáng)度的塑料薄膜,漆包線,廢牙膏殼,無(wú)水酒精,細(xì)線,脫脂棉,塑料薄膜袋(V>0.5米3),膠帶布。
活動(dòng)過(guò)程
一、圓柱形熱氣球的制作與放飛
1.用膠帶布把直徑為0.4毫米的漆包線固定在大容量、高強(qiáng)度的塑料薄膜袋的開(kāi)口邊緣處,使漆包線繞塑料袋開(kāi)口一圈并彎成圓形。
2.取2根直徑為0.2毫米的漆包線,將它們?cè)谥虚g絞合成十字形,并彎成圓弧狀。每根漆包線的兩端各彎一個(gè)小鉤,裝在塑料袋開(kāi)口處的漆包線圓圈上。
3.拎著塑料袋底,使塑料袋開(kāi)口朝下放置。將一團(tuán)脫脂棉固定在漆包線的十字交叉處,把棉團(tuán)浸透酒精后點(diǎn)燃,觀察現(xiàn)象。
發(fā)現(xiàn)塑料袋逐漸膨脹直至徐徐上升,可升至數(shù)十米高,待酒精燃完后又自行降落。
二、瓢形熱氣球的制作與放飛
1.按圖所標(biāo)尺寸畫(huà)張紙樣。
2.依紙樣將耐高溫、高強(qiáng)度的塑料薄膜裁剪成6塊(注意:裁剪時(shí)需放出5毫米燙縫)。
3.用25瓦電烙鐵把6塊薄膜燙接成球體。燙接時(shí),將2塊薄膜對(duì)齊,下面墊粗布,上面覆蓋一張耐燙紙,使?fàn)C縫成平滑的弧線,剪去多余的邊角后,把燙縫折合再燙一次,以增加牢度。
4.將直徑為0.4毫米的漆包線圍成與熱氣球口直徑相同的圓圈,用膠帶布固定在氣球口邊緣處。
5.剪取廢牙膏殼的下部(長(zhǎng)約3.5厘米),把它擴(kuò)展為圓筒狀,在管口處剪幾個(gè)缺口,使管口處的口徑變小些,做成一簡(jiǎn)易燃燒器。為使燃燒器有較高的效率,可在其上部再開(kāi)兩排(10~12個(gè))直徑為0.3厘米的小孔。
6.用3段直徑為0.2毫米的漆包線把簡(jiǎn)易燃燒器懸于熱氣球下方,在燃燒器內(nèi)放些脫脂棉,并注入約5毫升的無(wú)水酒精。
7.使熱氣球的口朝下,盡可能張開(kāi)。點(diǎn)燃脫脂棉,加熱氣球內(nèi)空氣,觀察現(xiàn)象。
發(fā)現(xiàn)氣球會(huì)慢慢鼓起,徐徐升向空中,可升至上百米高(騰空時(shí)間達(dá)數(shù)分鐘之久)。
說(shuō)明與延伸
1.對(duì)于一定體積的熱氣球,當(dāng)外界氣壓基本不變時(shí),球內(nèi)氣體的密度與熱力學(xué)溫度成反比,即
熱氣球內(nèi)的空氣在溫度升高時(shí),密度將減小,從而使它的質(zhì)量和所受到的重力也隨著減小。
2.合理設(shè)計(jì)氣球的形狀與結(jié)構(gòu),減少自重,去除不必要的負(fù)荷是熱氣球制作成敗的關(guān)鍵。
瓢形熱氣球雖制作工藝復(fù)雜,但在表面積相同的幾何體中,其體積較大、重心較低,且在球口加熱時(shí)能使球內(nèi)各處氣體迅速回流,減少地面加熱時(shí)間,因而放飛效果較好。
3.熱氣球放飛最好在空曠處進(jìn)行,并應(yīng)在熱氣球的燃燒器底部系一控制細(xì)線,以防止意外事故發(fā)生,且利于回收熱氣球。
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