열기구가 뜨는 원리가 정확히 무엇인가요??
안녕하세요
열기구가 뜨는 원리가 정확히 무엇인가요??
큰 풍선 밑에다가 뜨거운 공기를 불어넣어주어 올라가는것 같은데
정확한 원리가 무엇인가요??
안녕하세요.
열기구가 하늘을 나는 원리는 열역학의 법칙과 부력의 원리에 근거합니다. 열기구는 뜨거운 공기를 이용하여 주변보다 가벼운 공기 질량을 생성함으로써 하늘로 떠오르게 됩니다. 이 과정은 아르키메데스의 원리(Archimedes` Principle)를 따르며, 더욱 자세한 설명을 통해 이해할 수 있습니다.
열기구는 큰 직물로 만든 봉투(Envelope)와 그 아래에 위치한 버너(Burner)로 구성되어 있습니다. 버너는 프로판 가스를 연소시켜 대량의 뜨거운 공기를 발생시킵니다. 뜨거운 공기는 상대적으로 밀도가 낮기 때문에, 봉투 안에 포함된 공기의 총질량은 주변의 차가운 공기보다 가벼워집니다.
열기구의 뜨는 힘은 봉투 내부의 뜨거운 공기가 주변의 더 차가운 공기보다 밀도가 낮기 때문에 발생합니다. 공기의 밀도는 온도에 반비례하기 때문에(이상 기체 법칙에 따라), 온도가 상승함에 따라 공기 분자들이 더 활발하게 움직이고 멀리 떨어지게 되어 밀도가 감소합니다. 따라서 뜨거운 공기를 가득 채운 열기구 봉투는 더 차가운 외부 공기보다 가벼워지며, 이로 인해 상향 부력을 받게 됩니다.열기구의 부력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 봉투 내부의 공기와 주변 공기의 밀도 차이에 봉투가 차지하는 부피를 곱한 값이 부력의 크기를 결정합니다. 수식으로 표현하면 :
F₍ᵦᵤₒᵧₐₙₜ₎ = (ρ₍𝒸ₒₗ𝒹₎ - ρ₍ₕₒₜ₎) × V × g
여기서 F₍ᵦᵤₒᵧₐₙₜ₎은 부력, ρ₍𝒸ₒₗ𝒹₎은 주변 차가운 공기의 밀도, ρ₍ₕₒₜ₎은 봉투 내 뜨거운 공기의 밀도, V는 봉투의 부피, g는 중력 가속도 입니다.
열기구는 뜨거운 공기를 사용하여 내부 공기의 밀도를 감소시켜 주변 공기보다 가벼운 상태를 만들어서 뜨거 됩니다. 이 과정에서 발생하는 부력은 봉투를 들어올려 하늘을 나는 데 필요한 힘을 제공합니다. 열기구의 원리는 물리학의 기본 법칙들에 근거합니다.안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
열기구의 구조는 말씀하신 그대로 입니다.
큰 풍선 아래에 뜨거운 공기를 넣어주는 구조이고, 뜨거운 공기로 인해 열기구가 위로 상승하게 됩니다.
공기는 뜨거운수록 공기 분자간의 거리가 멀어져서 밀도가 낮아집니다. 밀도가 낮은 공기가 풍선 안에 모이기 때문에 그 힘으로 위로 상승하는 것이지요.
밀도가 낮은 공기가 올라가는 다른 예는 대표적으로 헬륨풍선이 있습니다.
감사합니다.