열기구가 하늘 높이 떠오르는 원리를 열기구 내부의 공기를 가열하면 공기 밀도가 가벼워져 주변 공기보다 위로 떠오르는 부력 현상으로 설명해 주세요.

Question

열기구가 하늘 높이 떠오르는 원리를 열기구 내부의 공기를 가열하면 공기 밀도가 가벼워져 주변 공기보다 위로 떠오르는 부력 현상으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

열기구가 하늘로 떠오를 수 있는 이유는 내부 공기를 가열해 밀도를 낮춤으로써 주변의 차가운 공기가 밀어 올리는 부력을 발생시키기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

먼저, 열기구 안의 공기를 데우면, 공기 분자들이 열에너지를 얻어 매우 활발하게 움직이며, 온도가 올라갈수록 기체의 부피가 늘어나기 때문에 풍선 내부의 공기가 팽창합니다. 공기가 팽창하면서 풍선이라는 고정된 공간 안에 남아 있는 공기 분자의 개수가 줄어들기 때문에 공기의 밀도가 주변 외부 공기보다 훨씬 낮아져 가벼운 상태가 됩니다. 상대적으로 밀도가 높고 무거운 주변의 차가운 공기는 아래로 깔리면서 밀도가 낮고 가벼운 열기구를 위로 밀어 올리면서 열기구가 하늘로 떠오릅니다. 반대로 내부 공기가 식으면 밀도가 다시 높아져 중력이 더 커지므로 아래로 내려오게 됩니다.