Si el aire caliente se expande en todas direcciones, ¿por qué se mueve el globo hacia arriba?

Un globo se está moviendo hacia arriba. El aire caliente dentro del globo se expande en todas las direcciones y el aire frío fuera del globo actúa con fuerza sobre el globo desde todas las direcciones (fuerza de presión más alta). ¿Por qué el globo se mueve hacia arriba entonces?

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@ACuriousMind Entiendo que si el objeto está en el agua, una presión ligeramente más alta que actúa en la parte inferior hace que se mueva hacia arriba, pero no puedo entender cómo el aire caliente dentro del globo hace que se mueva hacia arriba. Si el aire se mueve de alta a baja presión, el globo no debería implosionar o algo así.
Los globos explotan. Un globo de helio para niños muy bien sellado subirá y subirá, se expandirá a medida que sube y, finalmente, ¡ESTALLARÁ! Lo que te estás perdiendo es que la flotabilidad siempre es consecuencia de un gradiente de presión. No habría flotabilidad si la presión fuera la misma en la parte superior e inferior del globo, que es lo que sugiere su diagrama.
@David Hammen Entonces, ¿el aire caliente dentro del globo genera más presión en la parte superior del globo? ¿Por qué, considerando que la gravedad tira del aire hacia abajo, no debería aumentar la presión en la parte inferior del globo o no debería ser la misma en todas partes considerando que el aire en la parte inferior del globo ejerce la misma fuerza hacia arriba y hacia abajo?
¡No! Estás mirando el objeto equivocado. Es la atmósfera la que exhibe un gradiente de presión (el globo también, pero ese no es el punto). Sin ese gradiente de presión en la atmósfera, no hay flotabilidad. Piense en que la flecha azul en la parte inferior de su diagrama es un poco más larga que la flecha azul en la parte superior. Eso es lo que causa la flotabilidad.
@David Hammen Pero si hubiera aire frío dentro del globo, no subiría. Eso es lo que tengo problema con. Encontré esto sprangle.com/steve/0606121706.htm Dice que menos gradiente ascendente dentro del globo que fuera del globo hace que se levante, pero: 1. ¿No es esa fuerza de gradiente interior una fuerza que funciona en algo dentro del globo y no en el globo? sí mismo 2. ¿Qué tan pequeño es el gradiente hacia arriba que hace que se eleve?

Respuestas (1)

En primer lugar, se necesita una introducción sobre lo que es la "flotabilidad". La presión disminuye con la altitud. La presión atmosférica en la parte superior del globo es un poco menor que la presión atmosférica en la parte inferior del globo. Esta diferencia de presión da como resultado una pequeña fuerza ascendente neta sobre el globo. El globo se eleva si esta diminuta fuerza ascendente neta excede el diminuto peso del globo.

El globo no siempre se mueve hacia arriba. Intente lanzar un globo aerostático en Los Ángeles o Denver o Ciudad de México. A menudo, el globo se elevará tal vez mil pies y luego simplemente se detendrá. Esto indica que la atmósfera es estable y es por eso que Los Ángeles, Denver y la Ciudad de México tienen problemas tan serios con el smog.

Un globo de aire caliente se eleva cuando la tasa de caída ambiental es lo suficientemente alta. El aire es un conductor de calor relativamente pésimo. Esto significa que el globo no transfiere mucho calor con el ambiente externo. Las condiciones dentro del globo cambian más o menos adiabáticamente. Suponiendo que el globo está lleno de aire (a diferencia de helio o hidrógeno), el globo se mantendrá a flote hacia arriba siempre que la temperatura dentro del globo permanezca más alta que la temperatura del aire circundante. El globo deja de elevarse poco después de que la tasa de caída del aire circundante sea menor que la caída adiabática que ocurre dentro del globo.

La temperatura del aire tiende a disminuir con el aumento de la altitud. Ese "tiende a" es clave. El perfil de temperatura finalmente se aplana. A veces, la altitud a la que esto sucede es decenas de kilómetros, en la parte superior de la troposfera. El límite entre la parte superior de la troposfera y la parte inferior de la estratosfera es donde se detiene la tasa de caída troposférica. Las temperaturas aumentan con el aumento de la altitud en la estratosfera. Esta es la razón clave por la que el clima generalmente no llega a la estratosfera. Se necesita una tormenta eléctrica muy grande y muy poderosa para atravesar la tropopausa, el límite que marca la parte superior de la troposfera / parte inferior de la estratosfera.

Otras veces, esta transición a una temperatura estable ocurre en altitudes mucho más bajas (p. ej., Los Ángeles, Denver y Ciudad de México).

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