Kenapa Belon Helium Naik? - Sains untuk Semua

Udara ialah bendalir dan mempunyai tekanan. Tekanan udara berkurang apabila ketinggian bertambah, jadi bahagian bawah belon mengalami tekanan yang sedikit lebih tinggi daripada bahagian atasnya. Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya bersih ke atas yang dipanggil daya apungan.

Nota Istilahprinsip Archimedes: Objek dalam bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkannya. Prinsip ini terpakai kepada udara, bukan hanya cecair.

Mengapa helium membantu?

Pada suhu dan tekanan yang sama, helium jauh kurang tumpat daripada udara. Maka satu belon berisi helium mempunyai jisim gas yang lebih kecil berbanding jisim udara dengan isi padu yang sama. Namun yang menentukan sama ada belon naik ialah jumlah berat seluruh sistem, termasuk getah atau bahan belon, tali dan muatan.

Udara yang disesarkan menghasilkan daya apungan ke atas. Belon hanya memecut naik apabila daya apungan melebihi jumlah berat helium, bahan belon dan muatannya.

Tidak semua belon helium mesti naik

Jika kulit belon, tali atau muatannya terlalu berat, daya apungan mungkin tidak cukup untuk mengatasi berat keseluruhan. Belon boleh berada hampir seimbang tanpa terus naik, atau jatuh jika beratnya lebih besar daripada daya apungan.

Skala KetumpatanSebagai rujukan, pada 25 °C dan 1 atmosfera, OpenStax menyenaraikan ketumpatan udara kering sekitar 1.20 gram per liter dan helium sekitar 0.16 gram per liter. Nilai sebenar berubah dengan suhu dan tekanan.

Apabila belon naik lebih tinggi

Tekanan dan ketumpatan atmosfera berubah dengan ketinggian. Belon fleksibel juga boleh mengembang apabila tekanan luar berkurang. Oleh itu, penerbangan sebenar belon bergantung pada perubahan atmosfera, sifat sampul belon dan jumlah gas, bukan pada satu nilai daya yang kekal.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Belon helium yang cukup ringan naik apabila dilepaskan, tetapi belon yang membawa beban besar boleh gagal naik.
Bukti
Pengukuran ketumpatan menunjukkan helium jauh kurang tumpat daripada udara pada keadaan yang sama, manakala eksperimen apungan menunjukkan bendalir mengenakan daya ke atas pada objek yang berada di dalamnya.
Inferens
Helium mengurangkan jisim gas dalam isi padu belon, membolehkan daya apungan udara mengatasi berat keseluruhan apabila syaratnya mencukupi.
Model
Prinsip Archimedes memodelkan daya apungan sebagai berat udara yang disesarkan. Gerakan belon ditentukan dengan membandingkan daya itu dengan berat keseluruhan sistem.
Batasan
Model ringkas tidak merangkumi sepenuhnya seretan udara, perubahan bentuk dan isi padu belon, kebocoran gas, angin serta perubahan suhu dan ketumpatan atmosfera dengan ketinggian.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah sumber utama daya ke atas pada belon helium?