Hogyan számítsuk ki, hány héliumos lufi kellett David Blaine-nek

Majdnem mindenki szereti a lufikat – különösen a kisebb gyerekek. A gyerekek lassan kialakítják elképzeléseiket a világegyetem működéséről (megfigyeléseik révén), és már tudják, hogy ha valamit elengedsz, az leesik. Ó, de a héliummal töltött lufi szabályszegő. FELfelé megy. Egyszerűen varázslatosnak tűnik.

Az idősebbek még mindig rejtett vonzalmat éreznek ezek iránt a lufik iránt. Mindannyiunkban felmerült már valamikor a kérdés: Hány ilyenre lenne szükségem, hogy felemeljen a földről? Nos, David Blaine pontosan ezt tette legutóbbi mutatványához, amit Ascensionnek nevezett el. Egy csomó nagy léggömböt használt, hogy 24 000 láb magasságba emelje fel magát. Ezen a ponton leválasztotta magát a léggömbökről, és egy ejtőernyő segítségével visszaereszkedett.

A mutatvány legjobb része szerintem a kezdeti kilövés volt. A csapat úgy állította be a léggömböket, hogy a léggömbök felhajtóereje és a Blaine-t lefelé húzó gravitációs erő között majdnem tökéletes volt az egyensúly, így ő többnyire csak lebegett ott közvetlenül a föld felett. (Néhányan azért kapaszkodtak belé, hogy ne sodródjon fel és ne távolodjon el idő előtt). Aztán, hogy megkezdhesse az útját felfelé, a lánya még egy lufit hozzáadott, és átadta neki a kezében tartott súlyt. Elég menő módja a felemelkedésnek.

De most jöjjenek a kérdések és válaszok.

Miért lebegnek a héliumos lufik?

A lufik nem varázslattal lebegnek. Ehelyett ez a gravitáció és a légkör eredménye. Igen, ez így van. Egy léggömb nem lebegne gravitáció nélkül.

A légkört képzeljük el úgy, mint egy csomó golyót – csakhogy ezek a golyók valójában többnyire nitrogénből és némi oxigénből álló molekulák. Ezek a golyók mindegyike valamilyen átlagos sebességgel mozog, és a Földdel való gravitációs kölcsönhatás lefelé húzza őket. Tehát ezeket a gázlabdákat úgy képzelhetjük el, mint egy teniszlabdát, amit átdobnak a szobán, csakhogy ezek a labdák szuper aprók. Ó, és van egy csomó ilyen labda. Ez azt jelenti, hogy kölcsönhatásba lépnek más gázgömbökkel. Ezeket a kölcsönhatásokat úgy is felfoghatjuk, mintha ütközések lennének. Ezek a golyó-golyó ütközések akadályozzák meg, hogy csak úgy a földön landoljanak. Az is borzasztóan kellemetlen lenne, ha az összes levegő a legalsó szinten gyűlne össze, mert akkor nem tudnál lélegezni.

Amikor két gázgolyó összeütközik, az egyik golyó néha felfelé, néha pedig oldalra térül el. Mivel azonban van egy gravitációs kölcsönhatás is, amely lefelé húzza a golyókat, a földhöz közelebb több golyó van belőlük. Ezért csökken a levegő sűrűsége, ahogy függőlegesen felfelé haladunk. A levegő sűrűsége a talaj közelében körülbelül 1,2 kg/m3 , és 7000 méteres magasságban (közel 24 000 láb) körülbelül 0,59 kg/m3 -re csökken. De még a léggömb aljától a tetejéig tartó távolságban is változik a levegő sűrűsége – csak egy kicsit.

Most tegyünk egy tárgyat a levegőbe. Egy téglát fogok használni. A tégla azért tetszik, mert nyilvánvalóan nem lebeg a levegőben, de emellett sík felülete is van, hogy könnyebb legyen a magyarázatom. Mivel az apró léggömbök mozognak, néhányuk össze fog ütközni a tégla felületével. Amikor egy golyó lepattan a tégláról, egy apró kis lökést ad a téglának. A tégla egyik felületére ható teljes erő a tégla területétől és a levegő nyomásától függ. Csak emlékeztetőül: az erő és a nyomás közötti összefüggés a következő egyenletben fejezhető ki, ahol P a nyomás, A a terület, F pedig az erő.

Így, ha nagy a felület és kicsi a nyomás, akkor is nagy erőt kaphatunk. Ebben a kifejezésben a nyomás a légkörnek köszönhető – ezek a gázgömbök mozognak és ütköznek dolgokkal. Most jön a legkirályabb rész. Mivel a talajhoz közelebb több gázgolyó van, a nyomás a levegő sűrűségétől függ, és ne feledjük, hogy a sűrűség a magasságtól függ. Ez azt jelenti, hogy a tégla tetejére nyomó levegő ereje más, mint a tégla aljára ható erő. A legjobb, ha ezeket az ütközéseket a nyomással írjuk le, és a nyomásváltozást a következő egyenlet segítségével modellezzük.