
气球在空气中能够飘起来的原因在于它们受到了浮力的作用。这一原理与物体在水中浮起来的道理相同,即物体在空气中的浮力等于它排开的空气的重量。如果一个气球的浮力大于它自身的重量以及内部所充气体的重量,那么它就能够飘起来。
以一个充满氢气的气球为例,氢气的密度远低于空气,大约为0.09克/升。如果一个气球的自身重量是2克,并且我们忽略气球未充气时的体积,那么当气球内的氢气体积使得排开的空气重量大于2克加上氢气的重量时,气球就能飘起来。这个条件可以表示为:1.293克/升(空气密度)乘以气球的体积V大于2克加上0.09克/升乘以V,即V大于1.663升。
如果气球充满的是空气,那么浮力与密度之间的关系就不那么明显了。因为空气的密度相对较低,所以气球内的空气量需要足够多才能产生足够的浮力来支撑气球。当气球被充气并形成球形时,它的受力面积增大了。这导致气球在移动或下落时受到的空气阻力也大大增加。圆形物体在空气中运动时,由于空气动力学作用,其底部会受到拉力的影响,这种拉力随着物体体积的增大而变得更加明显。这种阻力在一定程度上减缓了气球的运动,使得我们看起来它像是“飘了起来”。
因此,气球飘起来的现象实际上是多种力的平衡结果:浮力、气球自身的重量、内部气体的重量以及空气阻力。当这些力达到平衡时,气球就能在空中悬浮或缓慢移动,给人们一种轻盈飘逸的错觉。