¿Cuántos gramos de helio se requieren para levantar un objeto que pesa XXX gramos?

La sustentación es igual al peso del aire desplazado. La sustentación neta es la diferencia entre el peso del aire y el peso del helio que lo desplaza.

El aire tiene una densidad de alrededor de 1,2 kg/m ³ y el helio tiene una densidad de alrededor de 1/7 de eso. La sustentación de un globo (ignorando la masa del globo) es por lo tanto de aproximadamente 1 kg/m ³ .

La presión barométrica y la temperatura del aire juegan un papel menor, ya que

de lo que se puede deducir que la densidad disminuirá con una temperatura más alta y aumentará con una presión más alta. Pero los cambios suelen ser solo unos pocos %.

En cuanto a la velocidad de ascenso, normalmente está limitada por el arrastre de los globos. Es difícil estimar esto, pero el arrastre de una esfera va con el cuadrado de la velocidad: esto significa que necesita una fuerza de elevación 4 veces mayor para ir el doble de rápido, pero eso significa un volumen de globo 4 veces mayor, que tendrá un área mayor. Se lograría una mayor velocidad de elevación utilizando un globo en forma de pera. De hecho, para volar en globo a gran altura (piense en el salto de Felix Baumgartner desde el borde del espacio), comienza con un globo que está muy inflado por debajo de lo normal, ya que el helio se expandirá a altitudes más altas (presión más baja). Lo interesante es que la sustentación será la misma si permite que el globo se expanda, por lo que la sustentación realmente es un múltiplo de la masa del helio (en una proporción de aproximadamente 6 a 1).

Necesitaría aproximadamente 17 kg de He para levantar una carga de 100 kg (incluido el peso del globo, etc.).

La aceleración de la gravedad$|g| = 9.81 \frac{m}{s^2}$ya que te estás moviendo hacia arriba, configuramos esto en$g = -9.81 \frac{m}{s^2}$porque la fuerza que la gravedad genera en ti es solo$F = ma = mg$dónde$m$es su masa en kg lo que necesita para calcular es la fuerza de flotabilidad$F_B$que compensa la fuerza gravitatoria$F_g$Aquí hay un video que muestra esto para un solo globo. Básicamente para un solo globo.$F_B = \large\rho _{air} V_{displaced- air}\large g = ( m_{balloon}+ V_{balloon}\large\rho_{\small He} )g + Ten$dónde$\large\rho _{air}$es la densidad del aire,$\large\rho _{He}$es la densidad del helio,$V_{displaced- air}$es el volumen del aire desplazado y es igual al volumen del globo$V_{balloon}$,$Ten$y es la tensión en un hilo, la tensión también se puede considerar como la fuerza generada por el globo. Así que aislar para$Ten$establecimos$Ten = ( m_{balloon}+ \large(\rho_{\small He} + \rho _{air}) V_{balloon} )g$.

Pero recuerda que la densidad de un fluido cambia según la siguiente fórmula $\rho = \frac{pm}{k_B T}$ $p$es la presión en Pascales,$m$es la masa,$T$es la temperatura en Kelvin,$k_B$es la constante de Boltzmann.

Así que para encontrar la cantidad de globos que necesitas$N$dividimos$NTen = m_{obj}g$entonces$N = \frac{m_{obj}g}{Ten}$

Y en el video ella usa$T$para$Ten$ no confundas esto con el$T$He usado para la temperatura.

Asegúrate de que tus hilos sean fuertes.

PD: no soy responsable de las lesiones sufridas por cualquier persona que use esta información lo haga por su propia voluntad.

En pocas palabras, si asumimos que todos los gases son similares, que están en el estadio de béisbol, el helio tiene un peso atómico de 4, nitrógeno-2, un peso atómico de 28 y oxígeno 32. Entonces, el helio tiene aproximadamente 1/7 de la densidad. de aire.

Lo bueno es que 1 gramo de helio en el aire pesa -6 gramos, por lo que, en términos más simples, 1 gramo de helio puede levantar 6 gramos de cosas (incluida la masa del globo). Eso es estadio de béisbol. El globo crea una presión interna que hace que el helio sea más denso, por lo que en realidad podría ser más como que 1 gramo puede levantar 5.

Entonces, para levantar a una persona, digamos, 72 KG, necesitarías un poco más de 12 KG de helio, pero eso es mucho helio. Y, puede parecer extraño que 10 KG puedan levantar 60 KG, pero es como sostener un globo bajo el agua. Un globo, que pesa muy poco en el aire, tiene una sustentación significativa en el agua porque es mucho más liviano que el agua que lo rodea. Si pudieras construir un contenedor fuerte y muy liviano con un vacío perfecto en su interior, en teoría necesitarías muy poca masa para levantarte del suelo. No hay un límite teórico para la ligereza de un objeto que puede levantarte en el aire, pero necesita un cierto tamaño.