Летательные аппараты, применяемые в воздухоплавании, называют аэростатами .
Неуправляемые аэростаты свободного полёта с оболочкой, имеющей форму шара, называют воздушными шарами.
Управляемые аэростаты, имеющие двигатель и воздушные винты, называют дирижаблями.
Воздушные шары, предназначенные для полётов в стратосферу на высоту более 11000 м, называют стратостатами.
Подъёмная сила стратостатов должна быть достаточно велика, поэтому их наполняют водородом, у которого она максимальна.
Метеозонд , или шар-зонд , — беспилотный аэростат, предназначенный для изучения атмосферы.
Шар-зонд состоит из резиновой или пластиковой оболочки, наполненной водородом или гелием, и подвешенного к ней контейнера с аппаратурой.
Приборы позволяют измерять давление воздуха, влажность, температуру, определять скорость ветра на разных высотах.
Информация обычно передаётся по радио (радиозонд).
Если шар запускают только для измерения скорости ветра, то его называют шар-пилот.
На все тела в воздухе, как и в жидкости, действует выталкивающая, или архимедова сила.
Чтобы найти архимедову (выталкивающую) силу, действующую на тело в газе,
надо плотность газа умножить на ускорение свободного падения (𝑔=9,8Н/кг) и на объём тела,
находящегося в газе: 𝐹А=ρгаза⋅𝑔⋅𝑉тела.
Обрати внимание! Для того чтобы летательный аппарат поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила, действующая на шар, была больше силы тяжести.
На этом основано воздухоплавание.
Чтобы определить, какой груз способен поднять воздушный шар, следует знать его подъёмную силу.
Подъёмная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести: 𝐹=𝐹 А−𝐹 тяж..
Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести, и поэтому тем больше подъёмная сила.
Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха.
Это может быть водород, гелий, нагретый воздух.
Водород обладает одним большим недостатком — он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь.
Негорючим и в то же время лёгким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.
Тёплый воздух удобен тем, что его температуру (а значит, и его плотность, и подъёмную силу)
можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара.
При увеличении пламени горелки — шар поднимается выше, при уменьшении пламени горелки — шар опускается вниз.
Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.
Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того, как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъём аэростата прекращается.
Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (высыпают песок из мешков).
При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей.
Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить.
Это достигается путём уменьшения объёма шара. В верхней части шара открывают клапан, часть газа из шара выходит, и он начинает опускаться вниз.