The Last Codex
PT

Tema

Idioma

Balão de ar quente

Subir no ar quente

Data
1783
Época
Era industrial
Etapa
IV Ciência e indústria
Dificuldade

Prancha

Legenda
  1. 1Invólucro
  2. 2Boca aberta
  3. 3Galeria de vime
  4. 4Braseiro
  5. 5Ar quente ascendente

Anatomia

Fogo no braseiroInvólucro e galeria, cortados ao meioPorções de ar: quente dentro, fresco foraA boca está aberta, por isso o ar de dentro fica à pressão do ar de fora e, pela lei dos gases, a sua densidade baixa quando a temperatura sobe: ao aquecer, parte dele sai pela boca. A impulsão útil, (ρ fora − ρ dentro) × g × V, é a impulsão do ar exterior deslocado pelo invólucro menos o peso do ar quente que ele contém; o balão sobe quando ela ultrapassa o peso da carga, m × g. Cada ponto representa a mesma massa de ar, por isso cabem menos dentro, na proporção da densidade. A sua agitação, muito abrandada, representa a das moléculas, cuja velocidade média cresce com a raiz da temperatura absoluta; a deriva para cima no centro é o ar quente que sobe do fogo. A figura é uma reconstituição ilustrativa: o invólucro, desenhado com os 23 por 15 m referidos, contém 2550 m³, mais do que os 1700 a 2240 m³ das fontes, e a carga m = 680 kg é suposta a partir das 1500 libras que, segundo a Linda Hall Library, um balão assim podia levantar. Com 10 °C junto ao solo, o balão mantém-se com o ar de dentro a cerca de 87 °C; mais quente, sobe à velocidade em que a resistência do ar compensa a diferença, e mais acima o ar rarefeito sustenta menos, pelo que estabiliza. O comando vai até 120 °C. O movimento é em tempo real; o fogo é desenhado maior quando é preciso mais calor. Ar segundo a atmosfera padrão da NASA.

Um balão de ar quente sobe porque o ar aquecido dentro do seu invólucro é mais leve do que o ar mais fresco à volta. Os irmãos Montgolfier, que em 1782 tinham feito voar um pequeno modelo numa sala, mostraram um em público pela primeira vez em França em 1783, e a 21 de novembro desse ano o seu balão levou dois homens sobre Paris, no primeiro voo humano livre.

O que é

Um balão de ar quente é um grande saco leve, o invólucro, aberto em baixo e cheio de ar aquecido. O ar quente é menos denso do que o frio, por isso o saco e o que dele pende pesam menos do que o ar exterior que deslocam, e o conjunto sobe. Nada o impele: um balão sobe quando se aquece o ar que contém, desce quando esse ar arrefece e vai à deriva com o vento.

O balão da prancha é o que Joseph e Étienne Montgolfier, fabricantes de papel de Annonay, construíram para o primeiro voo livre com pessoas a bordo, a 21 de novembro de 1783. Os relatos dão-lhe pouco mais de 20 m de altura. Era de pano, descrito como linho ou tafetá, forrado a papel, coberto com um verniz de alúmen contra o fogo e pintado de azul e dourado. Uma galeria de vime em forma de anel rodeava a boca aberta e levava os dois aeronautas; no meio da abertura pendia um braseiro de ferro onde ardia palha.

Como funciona

À pressão do nível do mar, um metro cúbico de ar a 20 °C pesa cerca de 1,2 kg. Aquecido a 100 °C, o mesmo volume pesa apenas cerca de 0,95 kg, porque o ar se dilatou e parte dele saiu pela boca aberta. Cada metro cúbico de ar quente dentro do invólucro dá, portanto, cerca de um quarto de quilo de impulsão, que tem de levar o invólucro e o equipamento antes de qualquer passageiro. Um balão precisa de um volume enorme para levar alguma coisa: o invólucro dos Montgolfier de 1783 continha mais de mil metros cúbicos.

O cesto de um balão moderno com duas garrafas de propano e um queimador duplo a disparar a chama para cima, para dentro do invólucro Um balão moderno: garrafas de propano num cesto de vime e um queimador por baixo da boca aberta de um invólucro de nylon.

O ar quente sobe para a cúpula e empurra o pano. O calor escapa-se pouco a pouco através do tecido e pela boca, por isso o ar tem de ser aquecido vezes sem conta. Em 1783 os aeronautas metiam palha à forquilha no braseiro por aberturas da galeria; para subir juntavam combustível, para descer deixavam o fogo baixar. O invólucro pegou fogo várias vezes durante o primeiro voo, e eles apagaram os focos com esponjas molhadas.

Um balão moderno funciona da mesma maneira com materiais melhores. O invólucro é de nylon ou poliéster, o cesto de vime, e um queimador a propano lança chamas curtas e potentes para a boca do invólucro. O piloto sobe ou desce para encontrar ventos que soprem noutras direções: é a única maneira de o dirigir.

Como construir

Uma maqueta de papel de seda cheia com o ar quente de um secador de cabelo mostra o princípio sem qualquer chama. Tem de ser grande e leve, porque o ar de um secador só é moderadamente quente.

Cortar os gomos. Faça um molde de cartão para um gomo: uma folha comprida e pontiaguda com 2 m de comprimento e 40 cm na parte mais larga, com a ponta de baixo cortada a direito onde mede 8 cm de largura. Corte oito gomos no papel de seda mais fino que encontrar, juntando folhas com cola em stick se for preciso.

Colar o invólucro. Cole os gomos borda com borda, sobrepondo cerca de 1 cm, de modo que as pontas se juntem em cima e as pontas direitas de baixo formem uma boca redonda. Feche o topo com um pequeno remendo redondo. Cole a boca a um aro de arame fino ou de cartolina leve com 20 cm de diâmetro, para que se mantenha aberta.

Uma maqueta de balão de oito gomos de papel de seda a flutuar sobre uma mesa, com um molde de gomo ao lado Uma maqueta de oito gomos de papel: o ar quente de um secador pode fazê-la subir se o papel for leve o suficiente.

Enchê-lo. Dentro de casa, numa divisão fresca e sem correntes de ar, peça a alguém que segure o invólucro direito pelo topo, com a boca para baixo. Sopre para dentro da boca, durante dois ou três minutos, o ar de um secador na posição mais quente, a cerca de 20 cm por baixo, mantendo-o em movimento e sem tapar a entrada de ar. Desligue o secador e afaste-o antes de largar, para que só o ar quente lá dentro faça subir o balão. Se o saco puxar para cima, sobe em direção ao teto e volta a descer quando o ar arrefece; se não, o ar não está quente o bastante para o seu peso, e um papel mais fino ou um invólucro maior ajudarão.

Segurança. Nunca aqueça um balão de papel com uma vela, um queimador ou qualquer chama, e nunca solte lanternas voadoras: caem ainda acesas e provocam incêndios. Mantenha o secador a pelo menos 20 cm do papel, nunca tape a entrada de ar e pare logo se o papel escurecer ou cheirar a queimado. Os balões a sério só são pilotados por pilotos com licença e equipamento certificado.

História e evolução

Joseph Montgolfier fez voar um pequeno balão de seda numa sala em novembro de 1782 e depois construiu outros maiores com o irmão Étienne. A 4 de junho de 1783, na praça do mercado de Annonay, largaram um balão sem tripulação, de pano e papel, com cerca de 11 m de diâmetro, que subiu muito alto sobre a cidade e desceu a mais de um quilómetro e meio ao fim de uns dez minutos.

Uma gaiola redonda de vime com uma ovelha, um pato e um galo Os primeiros passageiros, em Versalhes em setembro de 1783: uma ovelha, um pato e um galo.

A 19 de setembro de 1783, em Versalhes, diante de Luís XVI e Maria Antonieta, um balão levou num cesto uma ovelha, um pato e um galo. Dois meses depois, a 21 de novembro, Jean-François Pilâtre de Rozier, professor de ciências, e o marquês d’Arlandes, oficial do exército, partiram dos jardins do castelo de la Muette, junto ao Bois de Boulogne, no extremo oeste de Paris. Voaram cerca de 25 minutos, no máximo a uns 900 m de altitude, e desceram em terreno aberto perto da atual praça de Itália, a uns 9 km. Dez dias depois, Jacques Charles e Nicolas-Louis Robert partiram das Tulherias num balão de hidrogénio. Os balões de gás aguentavam-se no ar muito mais tempo, e o ar quente passou a ser pouco usado.

O balão de ar quente regressou no fim da década de 1950, quando o norte-americano Ed Yost juntou um invólucro de tecido sintético a um queimador alimentado a propano engarrafado. O seu voo a partir de Bruning, no Nebraska, a 22 de outubro de 1960, é considerado o primeiro de um balão de ar quente moderno, e a partir de 1961 a sua empresa, a Raven Industries, vendeu balões de ar quente para desporto.

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