안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
열기구가 공중으로 떠오르는데 관여하는 법칙은 샤를의 법칙과 아르키메데스의 부력원리가 작용하여 만들어지는 현상입니다.
내부의 공기가 가열되면 부피가 늘어나 밀도가 낮아지고 이로인해 외부의 공기가 밀어올리는 부력이 열기구 전체의 무게보다 커지게 되면 하늘로 날아갈 수 있는 것 입니다.
샤를의 법칙은 기체느 온도가 높아질 수록 분자간의 운동이 활발해여 서로 밀어내는 힘이 강해지게 되는 것을 말합니다.
압력이 일정할때 기체 부피는 온도에 비례하여 늘어납니다. 밀도는 단위 부피장 질량이므로 기체가 핑창하면서 일부 공기는 밖으로 빠져나가고 주어진 공간안에 공기분자수는 줄어들고 부피는 그대로 유지되면서 부피는 커지고 내부 공기의 밀도가 외부보다 낮아지게 됩니다
아르키메데스의 부력원리는 보통 액체에 적용되는 것으로 오해하기 쉬운데, 유체(액체, 기체) 에 적용되는 원리 입니다. 물체는 물체가 밀어낸 유체의 무게만큼 위쪽으로 부력(떠받치는 힘)을 받습니다.
외부의 차갑고 고밀도의 부피가 아래로 내려가고 열기구 내부의 뜨겁고 저밀도의 공기는 위로 올라가려는 성질을 가지게 됩니다. 그래서 열기구가 받는 부력의 크기는 열기구 부피만큼의 외부의 차가운 공기 무게 입니다. 내부 공기가 충분히 뜨거워지면 열기구 자체 무게와 내부 고온의 공기무게보다 부력이 커지게 되면 공중으로 뜰 수 있는 것 입니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)