Cách Làm Khinh Khí Cầu Bay Được, Cách Làm Khinh Khí Cầu Đơn Giản Đẹp Mắt

trong hướng dẫn này tôi sẽ giải thích nguyên lý của khinh khí cầu bay (được gọi là đèn lồng trên bầu trời). Tôi đã có khinh khí cầu cho dự án trường học, vì vậy, tôi nghĩ rằng nó có thể khiến người khác quan tâm khi thấy cách thức hoạt động của khinh khí cầu và tôi dịch nó từ ngôn ngữ của mình. Về hướng dẫn làm khinh khí cầu, có đầy đủ hướng dẫn về nó, vì vậy, chỉ cần tìm kiếm một chút. 🙂

Xin lỗi vì những lỗi ngữ pháp có thể có trong lời khuyên, tiếng Anh không phải là ngôn ngữ mẹ đẻ của tôi.

Bạn đang xem: Cách làm khinh khí cầu bay được

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi, hoặc ý tưởng cho một số dự án mới, chỉ cần hỏi bên dưới hoặc gửi cho tôi PM.

Vì vậy, ở đây chúng tôi đi! : D

Nếu bạn sẽ thích nó, hãy bình chọn!

Vật tư:

Bước 1: Giới thiệu lịch sử

Khinh khí cầu là gì?

Như bạn có thể đã nhận ra, khinh khí cầu trong cơ bản chỉ là một túi lớn mà bạn đặt không khí nóng, được sản xuất bởi một số nguồn lửa, vì vậy nó có thể bay.

Khinh khí cầu được sử dụng trong WW2 bởi Nhật Bản, chúng đã ném bom vào Mỹ, nguyên tắc là chúng bắt các luồng không khí để điều hướng, và sau đó khi chúng sẽ đến nơi nhắm mục tiêu, chúng sẽ tắt ngọn lửa. Điều đáng ngạc nhiên là đôi khi họ sẽ đánh một cái gì đó, nhưng họ đã dừng lại vì họ không biết liệu nó có hoạt động hay không.Về đèn lồng trên bầu trời, chúng thường được làm từ bánh tráng và khung tre, toàn bộ bóng bay được cung cấp bởi giấy tre nhúng trong sáp. Nguyên tắc là lửa làm nóng không khí trong khinh khí cầu tạo ra lực nâng, và sau đó lực nâng lớn hơn trọng lượng bóng sau đó nó bắt đầu tăng lên. Khinh khí cầu tuyệt vời đầu tiên, được chế tạo bởi anh em Etienne & Joseph Montolfier. Bong bóng được làm từ giấy và chạy bằng đốt, khối lượng 800 m ^ 3. Nó đạt đến độ cao 2000 m và hạ cánh cách đó vài km.Ngày nay, khinh khí cầu được sử dụng trong thể thao, đèn lồng trên bầu trời được sử dụng cho một số dịp đặc biệt như tiệc sinh nhật, lễ mừng năm mới, v.v.

Bước 2: Ý tưởng làm vantaiduongviet.vnệc:

• Thông qua một loạt các thí nghiệm và đo lường, tôi dự định xác định thiết kế tối ưu của khinh khí cầu (thể tích bóng, công suất cần thiết và sự đốt cháy nhiên liệu, trọng lượng của toàn bộ cấu trúc)• Tôi muốn kiểm tra xem nhiệt độ thay đổi trong khinh khí cầu như thế nào tùy thuộc vào: tốc độ nguồn khác nhau của khinh khí cầu và gia tốc.Các câu hỏi chính là: 1. Nhiên liệu nào là tốt nhất để đẩy bóng bay? 2. Tốt hơn là sử dụng một quả bóng lớn hơn hoặc nhỏ hơn?Giả thuyết là: 1. Hydrogen, vì nó nhẹ và không có carbon có thể làm cho toàn bộ khí nặng hơn.2. Lớn hơn, vì bề mặt của quả bóng bay lên trên một hình vuông và thể tích ở phần ba, do đó tỷ lệ không khí được lưu trữ trong quả bóng nhỏ hơn và lớn hơn là khác nhau. Và bây giờ hãy chứng minh điều đó!

Bước 3: Phác thảo 1: Chuyển động của không khí bên trong khinh khí cầu

Học thuyết:• Đèn lồng bay theo nguyên tắc nâng trong không khí. Bằng cách làm nóng không khí trong đèn lồng, không khí ấm hơn từ môi trường, đó là lý do tại sao nó có mật độ thấp hơn, nó tạo ra một thang máy, khi nó trở nên lớn hơn đèn lồng trọng lượng, đèn lồng được nâng lên không trung.Phác thảo 1 cho thấy chuyển động không khí bên trong khinh khí cầu, tôi nghĩ rằng tất cả đều được thể hiện khá tốt. 🙂

Bước 4: Áp suất thủy tĩnh

Áp suất (p) được định nghĩa là tỷ số của lực (F) và bề mặt (A) mà lực tác dụng theo các góc vuông. Chúng ta có thể vantaiduongviet.vnết công thức: p = F / AÁp suất thủy tĩnh:p_hs = F / A = (m ∙ g) / A = (ρ ∙ V ∙ g) / A = (ρ ∙ h ∙ A ∙ g) / A = ρ ∙ g ∙ hp_hs = ρ g ∙ hỞ độ sâu (h) hãy tưởng tượng một mặt phẳng song song với bề mặt (A) của chất lỏng. Trên bề mặt của một khối lượng chất lỏng tác dụng chiều cao xi lanh h. Đầu tiên, xác định khối lượng V có hình trụ là bao nhiêu:V = A hKhối lượng của chất lỏng xi lanh có thể được biểu thị từ mật độ (= m / v)m = V vậy đó là: m = A hvà trọng lượng của hình trụ (G = m g) là:G = A h ρ gVì áp suất bằng tỷ lệ giữa trọng lượng của chất lỏng và bề mặt mà nó hoạt động, biểu thức cho áp suất thủy tĩnh như sau:p = g g

Bước 5: Phao:

• Sức nổi là lực tác động lên tất cả các cơ thể chứa chất lỏng (chất lỏng và chất khí) được tìm thấy trong lực trường tiềm năng (trường hấp dẫn, hệ thống gia tốc) và nó xảy ra do sự khác biệt do áp suất thủy tĩnh tác động ở phần trên và phần dưới.Vì trong trường hợp của chúng ta, chúng ta có mật độ không khí ra khỏi khinh khí cầu và mật độ khí trong khinh khí cầu, chúng ta cần tính toán: F_u = ∆ρ g VỞ đâu: ∆ρ = ρ_z – _b => là mật độ chênh lệch của khí trong và ngoài khinh khí cầuPhương trình trạng thái chung của khí:p ∙ V = n R ∙ Tp ∙ V = m / M_r R ∙ T p ∙ M_r = m / V R ∙ Tp ∙ Mr = ρ R ∙ TNhững phương trình này cho phép chúng ta tính toán mật độ của khí, như sau:ρ = (p M_r) / (R ∙ T)Khối lượng mol của không khí:• Không khí là hỗn hợp các loại khí khác nhau, trong đó phổ biến nhất là nitơ (78%), oxy (21%) và argon (1%). Đây là lý do tại sao khối lượng mol của nó là:M_r (không khí) = 0,78 M_r (N_2) + 0,21 M_r (O_2) + 0,01 M_r (Ar)M_r (không khí) = 0,78 (2 14) + 0,21 ∙ (2 16) + 0,01 (40)M_r (không khí) = 29g / molTrong văn bản, chúng tôi đã sử dụng các giá trị vật lý và hằng số sau đây:F1- lực từ up_ ___________ g- hằng số hấp dẫnF2 – lực từ xuống ____________-mật độ Lực lượng F3, F4- bên ____________ Fu- lực nângp-preasure ____________________ p_a- áp suất khí quyểnF – lực lượng ______________ n- số molA, S- diện tích bề mặt _____________ R- hằng số khí chungp_hs- áp suất thủy tĩnh ____ M_r- khối lượng mol của khím- trọng lượng-_ ___________________ T – nhiệt độ trong kelvantaiduongviet.vnnsV- thể tích ____________ p_b- mật độ không khí bên trong khinh khí cầuP– chênh lệch áp suất trong và ngoài khinh khí cầup_z– mật độ không khí bên ngoài khinh khí cầu Nhiên liệu:• Làm nhiên liệu tôi đã sử dụng nến parafin. Chúng bao gồm một loại nhiên liệu rắn và loại cầu chì thường được làm từ vải cotton được bao quanh bởi parafin nóng chảy ở nhiệt độ thấp (thường khoảng 60 ° C).• Hoạt động mao dẫn của sáp bấc được chuyển đến ngọn lửa nơi nó bốc hơi và cháy khi có oxy. Nến bị dập tắt khi hàm lượng oxy trong không khí giảm xuống dưới khoảng 16%.Chọn nhiên liệu:• Thật tuyệt vời nếu tôi là nguồn nhiệt có thể đốt cháy hydro trong oxy, bởi vì đốt cháy hydro chỉ tạo ra hơi nước (không có carbon dioxide), đó là một lựa chọn tốt để nâng bóng bay do trọng lượng phân tử thấp (M_r (H20) = 18g / mol). Hydrogen, tuy nhiên, không thể được sử dụng vì lý do an toàn.• Khi đốt nến (parafin), nó giải phóng một tỷ lệ nhất định CO2 và H2O. Khi có nhiều hơi nước trong hỗn hợp không khí trong bóng bay. CO2 không được mong muốn trong một quả bóng bay vì nó làm cho không khí trở nên lớn hơn, vì nó có trọng lượng mol lớn hơn không khí (M_r (CO2) = 44g / mol).• Một hỗn hợp các hydrocacbon parafin có chiều dài chuỗi 20 nguyên tử carbon. Các phân tử như vậy có các nguyên tử xấp xỉ 2H trên một nguyên tử C và bằng cách đốt cháy, chúng cho ra cùng một số phân tử CO2 và H20. Sau đó, trong một số phép đo, như một nguồn nhiệt được sử dụng máy thổi khí nóng. Do đó tôi có được sự an toàn, tốc độ và đơn giản trong vantaiduongviet.vnệc thực hiện các phép đo.Tính khối lượng mol khí trong khinh khí cầu khi sử dụng nến:Không khí lạnh từ bên ngoài đến điểm cháy và có oxy từ nó kết hợp với hydro và carbon từ parafin. Nitơ đi vào bóng bay không thay đổi.100 phân tử không khí (khoảng 79% N2 và 21% O2) đi vào khinh khí cầu đã tạo ra 107 phân tử (79 phân tử N2, 14 và 14 phân tử phân tử CO2 H20) và từ đó chúng ta có được phương trình:M_r (khinh khí cầu) = 1 / 1,07 (0,79 M_r (N_2) + 0,14 M_r (CO_2) + 0,14 M_r (H_2 O)M_r (hỗn hợp trong bóng bay) = 28,8g / molCuộc thí nghiệm:Nguyên vật liệu:Chất liệu cho khinh khí cầu tôi chọn là nhẹ, đủ chặt và dễ dàng mua được. Tôi lấy một túi rác bằng nhựa có thể tích 35 lít. Cấu trúc khung và nến mang được làm bằng ván balsa (gỗ có mật độ rất thấp). Là nhiên liệu, tôi đã sử dụng các hợp chất và hỗn hợp khác nhau (lỏng và rắn), nhưng cuối cùng tôi quyết định sử dụng nến sinh nhật nhỏ thông thường vì chúng dễ xử lý nhất.Đặc điểm của nến:Khối lượng của nến: 1 gramChiều cao của nến: 5,4 cmTốc độ cháy: 0,0010 g / sGiá trị nhiệt của parafin: 46 MJ / kgCông suất sưởi một nến: 46 W

Bước 6: Các phép đo:

Hình ảnh thể hiện nguyên tắc đo lường, mô tả là trong hình ảnh.Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số là Vernier LabQuest.Đo độ nổi của bóng bay:Trên khinh khí cầu tôi đặt vật nặng mà nó không thể bay và vì vậy tôi có thể thực hiện các phép đo chính xác. Nến được đặt trên bàn để đo chính xác hơn.Đo nhiệt độ trong khinh khí cầu:Trên khinh khí cầu được treo trọng lượng để bóng bay sẽ bay đi. Đầu dò được đặt trên một ngọn lửa ở giữa khinh khí cầu.Đo vị trí, vận tốc và gia tốc của bóng bay:Đối với khinh khí cầu tôi chỉ buộc năm cây nến và đặt chúng dưới thiết bị đo tốc độ. Tôi đo chuyển động của quả bóng trong 1,3 mét đầu tiên nâng lên. Thiết bị đã đo các vị trí của quả bóng theo thời gian và tốc độ và gia tốc tôi tính bằng phần mềm được cung cấp cùng với thiết bị (logger pro).

Xem thêm: Trần Thiên Thiên Trong Lời Đồn Tập 1, Xem Phim Trần Thiên Thiên Trong Lời Đồn

Thiết bị đo tốc độ:Thiết bị này bao gồm một máy phát siêu âm (cảm biến) được kết nối với thiết bị đo Vernier LabQuest. Cảm biến hoạt động bằng cách truyền tín hiệu siêu âm trong một chùm tương đối hẹp tại đối tượng đo vị trí. Các tín hiệu được phản ánh bởi đối tượng đích và quay trở lại cảm biến. Thiết bị đo từ khoảng thời gian đã trôi qua tính toán khoảng cách đến vật thể và từ đó, sau này có thể dễ dàng tính được tốc độ và gia tốc của vật thể quan sát được.

Bước 7: Kết quả của phép đo với khinh khí cầu 40 lít:

Đồ thị cho thấy lực nâng phát triển trong thời gian từ khi bắt đầu làm nóng bóng bay. Trong 50 giây đầu tiên, lực nâng tăng lên khi bên trong quả bóng được nung nóng. Khi nhiệt độ trong khinh khí cầu ổn định (làm nóng = làm mát qua thành của bóng bay), lực sẽ ngừng tăng và không đổi.

Bước 8: Nâng bóng, tùy thuộc vào nhiệt độ

Có thể thấy rằng các giá trị đo của thang máy ít hơn so với lý thuyết. Điều đó giải thích như là hệ quả của phương pháp đo nhiệt độ trong khinh khí cầu. Đầu dò nhiệt độ được đặt ở giữa phần trên của bóng bay nơi nhiệt độ cao hơn mức trung bình. Ở phần dưới của các bức tường của bóng bay và nhiệt độ thấp hơn so với đo và lực nâng nhỏ hơn.Tính toán lý thuyết của thang máy tôi đã tính như thế:F_u = gV_b (_z-ρ_b)Mật độ không khí _z bên ngoài ở đâu và mật độ _b của khí bên trong khinh khí cầu:_b = (p_z Mr_b) / RT

Bước 9: Nhiệt độ trong bóng bay

Nhiệt độ trong một quả bóng, như mong đợi, đã tăng lên với số lượng nến làm ấm không khí. Trong biểu đồ thứ hai, chúng ta thấy rằng vào đầu nhiệt độ trong một quả bóng phát triển nhanh chóng và khi nó đạt đến mức tối đa, do đó phát triển chậm hơn (do sự làm mát đồng thời trong không gian).

Bước 10: Tốc độ, gia tốc và vị trí của khinh khí cầu

Bước 11: Kết quả của phép đo với khinh khí cầu 270 lít.

Những quả bóng nhỏ hơn đã phát triển khá ít lực nâng (lên tới 0,07 N) nên vantaiduongviet.vnệc đo một lực nhỏ như vậy là có vấn đề. Máy đo lực kỹ thuật số có độ phân giải 0,001 N, nhưng chữ số cuối cùng trong số đọc không nhất định. Vì vậy, tôi quyết định thực hiện một loạt phép đo mới với thể tích bóng lớn hơn khoảng 270 lít.Đối với khinh khí cầu này, tôi đã không sử dụng nến làm nguồn đánh lửa vì chúng cần chúng tôi rất nhiều và chúng không cháy với tốc độ như nhau ở mọi tốc độ. Tôi đã sử dụng một thiết bị thổi ra không khí nóng. Nó hoạt động theo nguyên tắc giống như máy sấy tóc, nhưng nó chỉ phát triển nhiệt độ không khí lên tới 500 ° C và thổi lên tới 480 lít mỗi phút. Với những sửa đổi này, tôi đã đạt được độ nổi lớn hơn 1 N, điều này đã cải thiện đáng kể chất lượng của phép đo. Lần này, tôi đo lực trong quá trình làm nóng quả bóng, nhưng trước tiên tôi làm nóng quả bóng đến nhiệt độ khoảng 100 ° C, sau đó tôi bật lò sưởi, bật đo lực và để cho quả bóng nguội đi.

Bước 12: Các phép đo:

Và, chỉ cần nói, bỏ qua các giá trị âm, đó là do vị trí cảm biến, đôi khi quả bóng bay từ cảm biến, đôi khi đến cảm biến.Kết hợp hai biểu đồ đầu tiên, chúng tôi cho thấy sự phụ thuộc của lực nâng vào khinh khí cầu vào nhiệt độ bên trong tàu. Dữ liệu đo có thể được so sánh với dự đoán lý thuyết:F_u = gV_b (_z-ρ_b)Trên biểu đồ, chúng ta thấy một sự thống nhất chắc chắn của dữ liệu đo được với lý thuyết đến khoảng 90 ° C. Sau đó, dữ liệu thử nghiệm bắt đầu thay đổi đáng kể các giá trị dự đoán. Lý do có thể cho hành vantaiduongviet.vn này là như sau:Ở nhiệt độ cao, thể tích của bóng bay tăng lên trên kích thước “bình thường”, vì nó thổi nhiều hơn. Có thể tại thời điểm đo, có một luồng không khí từ quả bóng bay ra ngoài có thể hoạt động như một lực đẩy phản ứng bổ sung. Nó nên thực hiện các phép đo bổ sung với nguồn nhiệt không đổi cho phép nhiệt độ trong một quả bóng duy trì ổn định theo ý muốn trong một thời gian dài và nó đang thay đổi công suất sưởi có thể được điều chỉnh theo ý muốn.

Bước 13: Đo gia tốc:

Thể tích khí cầu 270 lít Tôi đã làm nóng bằng súng để không khí nóng đến nhiệt độ 100 ° C và sau đó tôi cho anh ta nâng nó lên cảm biến tốc độ mà tôi gắn trên trần của lớp học.

Bước 14: Số đo 2 #

Chúng tôi thấy rằng dữ liệu có thể là một tuyệt vời cho parabola, có nghĩa là chuyển động của bóng bay tăng tốc gần như bằng nhau. Từ biểu đồ, chúng tôi chọn chuyển động tăng tốc của bóng bay:a = 0,701 m / s2 (Gia tốc là một hệ số kép với x ^ 2)Đường màu đen (trong biểu đồ tốc độ) cho thấy mức trung bình của đối xứng và rõ ràng là quả bóng di chuyển được gia tốc như nhau. So sánh với các dòng là rất tốt. Hệ số của x có nghĩa là gia tốc của khinh khí cầu và gia tốc khinh khí cầu là theo biểu đồ:a = 0,696 m / s2 như mong đợi, cùng giá trị như trong biểu đồ s-tĐường màu đen (trong biểu đồ gia tốc) cho thấy xu hướng tăng tốc. Đây là kết quả đo chiều cao lên tới 1,2 m để sức cản không khí không có tác động lớn hơn đến gia tốc, nhưng có thể thấy rằng gia tốc vẫn giảm chậm như chúng ta dự đoán, để chống lại không khí, tăng theo tốc độ .

Bước 15: THẢO LUẬN:

Dữ liệu và số đo mà tôi có được khá giống với mong đợi của tôi.

Tôi giả định rằng khinh khí cầu có thời gian tăng tốc cụ thể khi tăng. Khi tốc độ tăng, và do đó sức cản không khí, gia tốc của khinh khí cầu giảm. Ban đầu tôi cho rằng thành phần khác nhau của khí bên trong và bên ngoài khinh khí cầu sẽ ảnh hưởng đến độ nổi, nhưng hóa ra khối lượng mol của không khí và khí trong quả bóng là như nhau, vì vậy thành phần của khí trong khinh khí cầu không có ý nghĩa va chạm . Tác động đáng chú ý sẽ chỉ được đưa ra nếu chúng ta sử dụng hydro làm nhiên liệu hoặc hydrocarbon nhẹ (ví dụ: metan). Vì chúng tôi có các phép đo để sử dụng sau này với một luồng khí nóng thổi lớn hơn trong khinh khí cầu, chúng tôi chỉ có không khí không có tính chất hóa học khác với không khí bên ngoài. Sự khác biệt trong dữ liệu lý thuyết và thực nghiệm về độ nổi gây ra bởi phương pháp đo nhiệt độ trong khinh khí cầu. Nhiệt độ trung bình chắc chắn nhỏ hơn nhiệt độ của chúng tôi vì cạnh làm mát và đầu dò của chúng tôi nằm ở giữa quả bóng ở đỉnh nơi nó đang nóng lên.

Xem thêm: Top 7 Cách Tăng Tốc Độ Xử Lý Của Máy Tính Win7, Hướng Dẫn Tăng Tốc Và Tối Ưu Hóa Windows 7 Từ A

Về khí động học, hình dạng tốt nhất sẽ giống như giọt nước, đó là vì nước khi rơi vào không khí tạo thành hình dạng khí động học tốt nhất.

–Vì thế, chúng tôi đã chứng minh giả thuyết của mình mà tôi đề cập đến lúc đầu,

Và, để kết thúc bài thuyết trình, đây là vantaiduongviet.vndeo mà tôi đã ghi lại bằng camera gắn trên khinh khí cầu lớn. Chất lượng vantaiduongviet.vndeo không có gì đặc biệt (máy ảnh từ ebay với giá 10 đô la), khinh khí cầu có khoảng 1800 lít, khối lượng máy ảnh là 50g: