我们都见过这样的情景:巨大的彩色热气球升入空中,越漂越远,直到变成远处的一个彩色小点。它们看起来很干净——有什么能比加热的新鲜空气更纯净呢?
但是在过去,热气球是很怪异的。在1783年6月,法国蒙戈尔菲耶家的兄弟俩,约瑟夫和雅克进行了热气球的首次试验。他们注意到烟雾会上升。因此,他们聚集起一堆潮湿的稻草和羊毛,并把它们点着。然后他们使用这乌黑刺鼻的浓烟使热气球升空,这个热气球有35英尺高,是由纸和布料制成的。
几个月后的9月份,这兄弟俩又有了新主意。他们到凡尔赛宫向法国的国王和王后演示他们的新发明。不知什么原因,他俩决定往燃烧的稻草和羊毛里面扔一些旧鞋和腐肉。“这可真是个好主意啊!”国王和王后走近想看看是怎么回事,却被臭味熏跑了。
一加仑的热空气比一加仑密度较大的冷空气含有更少的分子。
但是热气球的乘客没有这样的选择权。兄弟俩把一只鸭子、一只公鸡和一只羊栓在了臭气球上,把它们三个送上了高空。幸运的是,它们毫发无损地着陆了。
11月份,兄弟俩的热气球把人也送上了天空。两个人坐在藤条篮子的两头以保持平衡,并且拼命往他们头上的炉子里面填稻草。奇怪的是,兄弟俩自己没有选择当乘客。
今天的热气球安全多了,也没有那么臭。篮子里的丙烷加热器不断加热上方气球里的气体。现代热气球通常使用热空气。如果是为了长途飞行的话,会使用氦和热空气的混合物。氦是地球上第二轻的元素。(聚会用的气球充满了氦气,如果你放开线绳,气球就飞到高空了。)
为什么不在热气球里使用最轻的元素——氢呢?曾经有人这样试过,但是氢极易燃烧和爆炸。(想一想兴登堡号飞艇灾在1937年的新泽西,这个充满氢气的德国飞船爆炸起火,烧成了灰烬;还有美国的挑战者号宇宙飞船,也发生了氢气燃料的爆炸。)
热气球能升起是因为,它自身和它包含的气体比周围的空气要轻。塑料或丝质的热气球,还充满了气体,怎么可能比周围的空气轻呢?原因很简单——气体被加热时会发生膨胀。所以,一加仑的热空气比一加仑的冷空气包含更少的分子。因此,一个充满热空气的热气球,比相同体积的冷空气要轻,所以就升空了。
古希腊科学家阿基米德指出了这种现象的科学定律:
浸在液体中或浮在空气里的任何物体,都会受到一个向上的推力,这个推力和与物体相同体积的液体或空气的重量一样强。如果这个推力大于物体的重量,那么物体就会上升。
要亲自验证这个原理,你可以试着把充满气体的气球向水里面推。因为气球和内部空气的重量小于与气球大小相同的水的重量,所以气球会浮在水面上。
信息速递
热气球携带科学仪器飞往高空(高达130000英尺,或是喷气客机飞行高度的4倍),飞到一定高度后在低压中爆炸。于是,科学仪器一边降落,一边进行探测并读取数值。