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Un ballon à air chaud peut sembler très différent d’un ballon à hélium, mais le principe de fonctionnement des deux types de ballon est le même. Tout se résume à la flottabilité et à la relation entre la flottabilité et les objets flottants.
Pourquoi l'hélium fait-il flotter
La loi de la flottabilité, également connue sous le nom de principe d'Archimède, stipule que tout corps totalement ou partiellement immergé dans un fluide (un gaz ou un liquide) au repos est soumis à une force ascendante ou flottante, dont l'ampleur est égale à le poids du fluide déplacé par le corps. Si vous appliquez cela à un ballon à hélium, le ballon est "immergé" dans l'air (mélange de gaz). Le ballon déplace une quantité d'air. À condition que l'air déplacé soit plus lourd que le poids de l'hélium (plus le matériau du ballon), le ballon flotte dans les airs. D'autre part, si vous inspirez un peu d'hélium, vous ne flotterez pas comme un ballon, car aucune quantité d'hélium ne peut vous rendre plus légère que l'air qui vous entoure.
Faire flotter un ballon sans hélium
Ce n'est peut-être pas une option pour les décorations de fête, mais un autre moyen de faire flotter un ballon consiste à utiliser de l'air chaud. Une montgolfière consiste en un grand sac, appelé enveloppe, avec un panier en osier suspendu au-dessous. Un brûleur extrêmement puissant dans le panier réchauffe l'air à l'intérieur de l'enveloppe à travers un espace vide. Encore une fois, le principe de la flottabilité s'applique. Pour que la montgolfière flotte, son poids et l’air qu’il contient doivent être inférieurs à ceux de l’air ambiant déplacé. L'air chaud à l'intérieur du ballon est plus léger que l'air qui l'entoure, car lorsque le gaz devient chaud, il se dilate, dispersant ses molécules individuelles et les rendant moins densément concentrées. L'air plus dense à l'extérieur du ballon le gonfle et le fait flotter.
Lorsqu'un ballon à air chaud doit être ramené au sol, l'air à l'intérieur est refroidi, ce qui rapproche les molécules d'air. Plus les molécules sont concentrées, plus l'air intérieur devient lourd, jusqu'à ce qu'il pèse davantage que l'air extérieur et redescende.
Problèmes avec l'hélium
Les craintes d'une pénurie mondiale d'hélium circulent depuis des années, avec des implications bien plus sérieuses qu'un manque de ballons de fête. L’hélium est utilisé en médecine et dans la fabrication dans un large éventail de machines et d’activités industrielles, en raison de sa stabilité et du fait qu’il ne réagit pas facilement avec d’autres produits chimiques. La bonne nouvelle est que les chercheurs ont suivi et localisé un champ de gaz d'hélium en Tanzanie en 2016 et espèrent en trouver davantage.