Московское небо-2018
25 и 26 августа в Балашихе прошел масштабный фестиваль воздухоплавания «Московское небо». Это большой праздник для увлеченных небом, где будет летать все: планеры, змеи, дроны, шары, реактивные самолеты. Опытные пилоты и авиамоделисты, участники фестиваля, а также астрономы и физики рассказали TheQuestion, как летает аэростат, какое место в самолете самое безопасное и куда улетают шарики с гелием.
5 вопросов
1. Какое самое безопасное место в самолете?2. Почему настоящий вертолет никогда не сможет летать так же, как радиоуправляемый?3. Почему пассажирам вместо парашютов кладут спасательные жилеты?4. Как летает аэростат?5. Куда улетает воздушный шарик, наполненный гелием?

Статистика говорит, что самое безопасное место находится в хвосте. Помню, один научный журнал проанализировал число авиакатастроф за последние 30 лет и выяснил, что самый высокий процент выживших пришелся на тех, кто сидел в хвостовой части салона. На это место при падении приходится наименьшая нагрузка, в отличие от носа самолета. Поэтому считается, что хвост безопаснее. Это обусловлено физическими параметрами лайнера и уровнем его прочности. Также более безопасными могут считаться сиденья, находящиеся ближе к проходу, потому что с них легче выбраться к аварийным выходам. Но на самом деле это все большая лотерея. Вообще во время чрезвычайных ситуаций лучше не поддаваться панике и не пытаться самому выбраться из самолета, а следовать указаниям экипажа.

2/5 Почему настоящий вертолет никогда не сможет летать так же, как радиоуправляемый?

Потому, что масса растет пропорционально  кубу от относительного размера, а прочность — пропорционально первой степени. С ростом размера вертолет, да и все остальные конструкции, становятся все менее и менее "прочными". И большой вертолет не выдержит тех перегрузок, которые выдерживает маленький. Да и радиоуправляемый вертолетик никогда не будет летать как комар или стрекоза.  

3/5 Почему пассажирам вместо парашютов кладут спасательные жилеты?

Казалось бы, с парашютом шансы на выживание у пассажиров были бы выше при авиакатастрофе. Но на самом деле не все так просто. Прежде всего парашют - это дополнительный вес. Вряд ли бы пассажиры согласились за него переплачивать. И не так-то просто человеку без подготовки правильно прыгнуть с парашютом - для этого необходимо прослушать инструктаж, а еще лучше потренироваться. Все это займет несколько часов, поэтому сомнительно, что кто-то захочет потратить на это лишнее время. Более того, на тех скоростях, на которых летает гражданская авиация, проблематично покинуть самолет с парашютом. Жилеты намного практичнее. Они легкие, могут смягчить удар при падении, спасут на случай приводнения самолета. 

4/5 Как летает аэростат?

Теплый воздух поднимается вверх. Мы подогреваем воздух в оболочке теплового аэростата, и он поднимается. Когда воздух остывает, тепловой аэростат снижается. Если нужно ускорить снижение, мы открываем клапан в верхней части оболочки теплового аэростата и выпускаем через него теплый воздух.

Согласно закону Архимеда подъемная сила, действующая на аэростат, равна объему воздуха в оболочке. Поэтому грузоподъемность аэростата зависит от объема его оболочки. Летом в жаркую погоду максимальная взлетная масса теплового аэростата уменьшается, а зимой в мороз – заметно увеличивается.

 Аэростат движется вместе с воздушным потоком, со скоростью и по направлению ветра. Управлять тепловым аэростатом можно только в вертикальной плоскости. Однако за счет того, что скорость и направлением ветра может изменяться с высотой, мы получаем возможность изменять траекторию движения аэростата.

5/5 Куда улетает воздушный шарик, наполненный гелием?

Вверх, а дальше :) 

На шар действует  выталкивающая сила, определяемая из закон Архимеда, т.е. равная весу воздуха в объеме шара. А вниз его тянет вес оболочки, гелия и груза (ниточки, если это детский шарик. Так что он будет подниматься до тех пор, пока вес вытесняемого воздуха (плотность воздуха  уменьшается с высотой) не станет равной весу шарика. Скажем, шар диаметром полметра занимает объем 0.065 m3. 

Умножим  его на разность плотностей воздуха на нулевой высоте (~1200 г/м3) и гелия (~177 г/м3) и может поднять вес около 67 г. Пусть оболочка и ниточка весит немного меньше этого  50 грамм. Тогда шар будет подниматься, пока плотность   воздуха не упадет до ~950 г/м3

При средних температуре и давлении это высота около 2 км (графики здесь ) Но она можем быть и меньше, если на шаре выпадет роса. 

И еще это зависит от материала шара. Приведенный расчет - для случая, когда шар плотный, не раздувается (как модные сейчас детские игрушки).

Простой резиновый шарик будет увеличивать объем с высотой, так как внешнее давление падает. При этом будет возрастать подъемная сила. Такой шар будет подниматься до тех пор, пока не перестанет увеличиваться или пока не лопнет :(

,