לעוף עם הליום בג'ינס

מדע עם חיוך, פיזיקה הוספת תגובה

האם זה אפשרי? האם אפשר לרחף כך בעזרת הליום? מדוע לא, בעצם, הרי הליום קל מהאוויר, ודברים קלים עולים למעלה…חוץ מזה,  לאחרונה דווח על ילד שכביכול המריא עם בלון הליום ענק שאביו בנה בעליית הגג, וכל אמריקה עצרה את נשימתה עד שהסתבר שהילד כלל לא עלה על הבלון. ובכן, אפשר להרים עם הליום דברים, ואפילו דברים כבדים למדי, אבל כדי לדעת כמה בדיוק או אפילו בערך, צריך לחזור יותר מאלפיים שנה.   במאה השלישית לפנה"ס חי בסירקוז גאון יווני בשם ארכימדס (כן, ההוא שצעק אאוריקה). מעט יחסית ידוע על הישגיו המופלאים של ארכימדס שהקדים מאוד את זמנו, אך הנה אחת מתגליותיו המפורסמות, הנקראת על שמו –

חוק ארכימדס:
כוח העילוי הפועל על גוף בזורם (נוזל או גז) שווה למשקל הזורם אותו הגוף דוחה.

מה זה אומר? כוח העילוי (או כוח הציפה) הוא הכוח שפועל כלפי מעלה, בעוד המשקל הוא כוח הפועל כלפי מטה (דהיינו כלפי מרכז כדור הארץ). ההיגיון מחייב שגוף יצוף כאשר כוח העילוי הפועל עליו גדול ממשקלו, וישקע כאשר המשקל גדול יותר מהעילוי. כאשר הכוחות משתווים, הגוף ירחף, כלומר לא יעלה ולא ירד. מדוע ספינות צפות? על פי חוק ארכימדס משקל המים שהספינה דוחה (שהוא הנפח שלה השקוע מתחת לקו המים) שווה בדיוק למשקל הספינה. כדור ברזל ישקע במים כי משקל המים שהוא דוחה קטן ממשקלו, בעוד שכדור-רגל יצוף כי משקלו קטן ממשקל המים שנפחו דוחה.

בתקופת ארכימדס לא היו בלוני הליום, אך העיקרון האוניברסאלי עובד גם כאן: משקל האוויר שדוחה בלון ההליום גדול ממשקל ההליום (פלוס משקל הבלון עצמו) ולכן הבלון צף על האוויר, פשוטו כמשמעו.   חוק ארכימדס אינו רק אסתטי בניסוחו (אם כי לגמרי לא טריוויאלי) אלא שגם ניתן לערוך בעזרתו חישובים מדויקים. לא ניכנס כאן לפרטים טכניים, אלא נקפוץ ישירות לתוצאה: מסתבר ש-
ליטר אחד של הליום יכול להרים בקירוב גרם אחד, או-
1 מ"ק הליום יכול להרים 1 ק"ג.

זה אומר למשל, שעל מנת להרים אדם במשקל 75 ק"ג (כמו הבחור מהסרטון) אנו זקוקים ל-75,000 ליטרים של הליום, שהם בקירוב נפחו של חדר גדול (נאמר: 3x5x5 מטר). לג'ינס של הבחור נכנסים בקושי 20 ליטרים, שהם הרבה פחות מעשירית אחוז של הכמות הנדרשת להרימו. מכאן שהתשובה לשאלה שבכותרת היא : 'בהחלט לא'.


אכן, צריך המון הליום כדי להרים אדם, אבל כדי לשאת מצלמה דרושות כמויות צנועות בהרבה. על מנת להתרומם, מצלמה שמשקלה כ-200 גרם זקוקה ל-200 ליטר הליום, שזה בערך 40 בלונים גדולים – בהחלט סביר. הקבוצה החביבה שבקליפ חיברה בלוני הליום למצלמה, והפריחה אותם מכיכר דיזינגוף. התוצאה היא צילום מקורי להפליא של תל-אביב מלמעלה.

כאשר אנו משחררים בלון הליום הוא עולה אל על,  אבל האם הוא ימשיך לטפס עד גג האטמוספירה? האם יברח לחלל?  צפיפותו של ההליום קטנה מזו של האוויר שסביבו ולכן הוא יצוף מעלה, אבל ככל שהוא מטפס גבוה יותר, כן צפיפות האוויר שסביבו יורדת, ומשקל האוויר שהוא דוחה (השווה לכוח העילוי הפועל עליו לפי חוק ארכימדס) הולך ופוחת.  הדבר נמשך עד לגובה שבו מתקיים שוויון בין העילוי למשקל, ובגובה זה הבלון ייעצר (ירחף).

מובן, שככל שהמשקל שנושא הבלון גדול יותר, כך נקודת העצירה תהייה נמוכה יותר. למעשה, ניתן בעזרת טבלאות צפיפות לחשב בדיוק לאיזה גובה יעלה בלון בעל מסה ונפח נתונים, וכך מכוונים המטאורולוגים בלוני מחקר לגובה נתון.   עד כאן דבר המדע, וכעת שאר רוח. בסרט אנימציה גאוני זה, שהגיבור שלו הוא בלון הליום, שולטים חוקים אלטרנטיביים, מה שמראה שרוח היצירה יכולה (במודע) לחרוג מהמציאות הפיזיקאלית ודוקא בשל כך להיות משמעותית מאוד עבורנו.

לינקים
להגיע לחלל ב-150$ (עם בלון הליום כמובן)
מחשבון צפיפות כתלות בגובה
ניתוח פיזיקאלי של פרשת הילד ובלון ההליום – מתוך Popular Science
מכסכי המיתוסים (הצעירים) מרימים ילדה לאוויר עם בלוני הליום

Compare hotel prices and find the best deal - HotelsCombined.com

4 תגובות ל “לעוף עם הליום בג'ינס”

  1. התגובה של אריה מלמד-כץ:

    פוסט נחמד ומעניין.
    אגב, גם חלק מספינות האוויר השתמשו בהליום ונדמה לי שעד היום יש כמה משוגעים לדבר שמטיסים בלוני הליום.
    אני משער שהבלונים בסרטון התל אביבי (מבצע מרשים! – אולי אפשר לשחזר אותו עם תלמידים) נחתו בגלל שחלק מההליום יצא מהבלון. אטומי ההליום קטנים ויש להם סיכוי גבוה לעזוב את הבלון דרך חורים קטנטנים בגומי.

  2. התגובה של מאיר:

    אבל סתם הערה קטנה על בעיתיות מסוימת בפרויקט הקטן והנחמד הזה. מה שהם צילמו נחשב לתצ"א – צילום שנדרש רשיון בשבילו בישראל (ולמיטב ידיעתי גם בעוד מקומות). מה שאומר שאם הבלון היה חודר למתחם אוירי בעייתי נניח איזה בסיס קטן שנמצא בסביבה או למתחם האוירי של שדה התעופה הסמוך הצילומים היו נכנסים לקטגוריה מאוד לא נחמדה. צילומי ריגול ואפילו סיכון לכלי טיס.
    ואני לא בטוח אם אני רוצה שרעיונות כאלה יקבלו תפוצה נרחבת.
    בשורה התחתונה רעיון נחמד עם בעייתיות לא נחמדה.

  3. התגובה של קובי לוי:

    האנשים שממלאים את המכנסיים בהליום בפירוש הגיוני מבחינה טכנית אבל מקרוב רואים אנימציה ענקית כך שזה לא מצאותי ולא הגיוני משום בחינה (חוץ מבחינה טכנית)

  4. התגובה של לצוף על האוויר | n15:

    […] (2) השקופיות של ההרצאה – הורידו מכאן (3) החלק המדעי:  לצוף על הליום בג'ינס (4) צפו בשחזור המעוף של לארי ולטרס:  טיסה עם בלוני הליום […]

הוספת תגובה