¿Alguna vez has visto globos gigantes y coloridos volar por encima de las nubes y te has preguntado cómo llegaron allí? Si es así, ¡no eres el único!
Los globos aerostáticos pueden volar gracias a la ley de flotabilidad, también llamada principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes establece que un objeto en un fluido (gas o líquido) recibe una fuerza ascendente igual a la del fluido desplazado por el objeto. Como el aire caliente es más ligero que el aire normal, el globo flota.
Para los no iniciados, esto puede resultar un poco confuso. A continuación, analizaremos todos los pros y contras (y los pros y contras) de la flotabilidad.
¿Qué es la flotabilidad?
En términos simples, la flotabilidad es la fuerza ascendente que ejerce un objeto en reposo en un fluido. La forma más fácil de pensar en esto es imaginar una pelota de tenis colocada en una piscina.
Ejemplo 1
Cuando se coloca la pelota de tenis en el agua, se nota que se hunde un poco. Sin embargo, nunca se sumerge por completo en el agua. Esto se debe a que la fuerza que empuja hacia arriba la pelota de tenis, la fuerza de flotación, es mayor que la masa de la pelota de tenis.
Esa fuerza de flotación se crea por el fluido desplazado por la pelota de tenis. ¿Recuerdas cómo la pelota se hunde un poco en el agua? Eso desplaza el agua hasta que la fuerza del agua desplazada es igual a la fuerza ejercida por la pelota de tenis.
Puede que sean muchas palabras si eres un aprendiz visual. Esto te ayudará:
Ejemplo 2
Ahora imaginemos por un segundo que en lugar de una pelota de tenis, arrojamos una pelota de plomo a la piscina. Esta pelota de plomo tiene exactamente el mismo tamaño que la pelota de tenis, pero obviamente pesa mucho más.
Como puedes imaginar, la bola de plomo se hundiría hasta el fondo de la piscina. ¿Por qué?
La pelota de led desplaza tanta agua como la pelota de tenis, pero pesa mucho más. Por eso, la fuerza ascendente del agua dispersada nunca será igual a la fuerza descendente de la pelota de led.
Esto hace que la bola dirigida se hunda.
El siguiente diagrama comparará lo que sucede con objetos del mismo tamaño pero de diferente peso en el agua. Esto imita exactamente lo que acabamos de analizar con la pelota de tenis y la pelota de plomo.
Esta ley de flotabilidad es lo que hace que los barcos floten y los globos aerostáticos vuelen. ¡La próxima vez que vayas de crucero o te subas a un globo aerostático, podrás imaginar esta ley en acción!
¿Quién descubrió la flotabilidad?
Todos hemos tenido grandes ideas mientras estábamos en la bañera o en la ducha. ¡Relajarse en el agua hace que fluya la energía cerebral!
Bueno, esto es exactamente lo que le pasó a un matemático griego llamado Arquímedes.
Arquímedes es una de las mentes más brillantes del mundo antiguo. Es responsable de numerosos descubrimientos en matemáticas, física, ingeniería y astronomía. ¡También es un gran inventor!
La ley de flotabilidad fue uno de sus mayores descubrimientos, ¡y viene acompañada de una gran historia!
La corona de oro
Hay una antigua historia que explica cómo Arquímedes descubrió la flotabilidad. Parte de ella es cierta, pero hay otra que puede ser inventada. Dejaré que seas tú el que juzgue.
Arquímedes vivió en Siracusa, una provincia de la actual Italia. El rey de Siracusa en esa época era un hombre llamado Hierón II.
El rey Hierón II había encargado la creación de una corona de oro para colocarla en el templo de Siracusa. Esta corona debía tener forma de corona de laurel. El rey Hierón II proporcionó un trozo de oro a un orfebre local para que la creara.
Cuando el rey recibió la corona, quedó impresionado por su artesanía y belleza. Sin embargo, hubo quienes afirmaron que el orfebre utilizó algo de plata en el diseño para que la corona fuera lo suficientemente liviana.
Arquímedes fue convocado para descubrir la verdad. El rey no quería que Arquímedes dañara la corona de ninguna manera, por lo que Arquímedes tuvo que ser creativo.
La historia cuenta que cuando Arquímedes se metió en la bañera para pensar en el problema, observó que el agua se derramaba por el costado de la misma mientras se sumergía. ¡En un momento, obtuvo la respuesta!
Arquímedes estaba tan emocionado que corrió desnudo hasta su casa. Las calles de Siracusa se llenaron con sus gritos de “¡Eureka! ¡Eureka!”.
La prueba era sencilla: Arquímedes colocaría la corona y un trozo de oro idéntico al primero en una tina con agua. Si tenían el mismo volumen, desplazarían la misma cantidad de agua sin importar la forma.
Si se hubiera añadido plata, el volumen sería diferente y la corona desplazaría el agua.
¡El orfebre deshonesto fue expuesto y se descubrió la ley de la flotabilidad!
Flotabilidad y globos
Entonces, ¿cómo se aplica el principio de Arquímedes a los globos aerostáticos?
Lo primero que hay que recordar es que un fluido es un líquido o un gas. En todos los ejemplos anteriores se utilizaron líquidos, pero las mismas leyes se aplican a los gases porque también son fluidos.
El aire que nos rodea se considera un gas, ¡y es el estado de la materia que utilizan los globos aerostáticos para elevarse!
Como su nombre lo indica, los globos aerostáticos logran volar gracias al aire caliente. A medida que el aire dentro del globo (o de la envoltura) se calienta, se vuelve menos denso que el aire fuera de la envoltura. Esto hace que el globo se eleve.
El globo contra las pelotas
¿Recuerdas nuestro ejemplo de la pelota de tenis y la pelota de led? Un globo aerostático es muy parecido.
Antes de que el aire en el interior de la envoltura se caliente, es tan denso como el aire que está fuera de la envoltura. Esto es como la pelota de LED. El tamaño del globo es exactamente el mismo que el de un globo que está volando, pero el peso del aire dentro del globo es mayor que el aire que está desplazando.
Cuando se calienta el aire del interior del globo, el gas que contiene se vuelve menos denso, es decir, el gas pesa menos aunque el tamaño de la envoltura siga siendo el mismo.
Cuando esto sucede, el globo se eleva porque pesa menos que el aire que desplaza. Esto significa que la fuerza ascendente sobre el globo es igual y, por lo tanto, mayor que su peso.
¡Flotabilidad agujereada!
Un globo aerostático tiene dos agujeros: uno en la parte inferior y otro en la superior. El agujero de la parte inferior, a menudo llamado garganta, permite que el aire caliente entre en el globo. El agujero de la parte superior, o válvula de paracaídas, permite que el aire caliente salga del globo cuando se abre.
Para mantener un globo aerostático en el aire, el aire en su envoltura debe calentarse de manera constante. Esto permite que la envoltura flote.
Si quieres aterrizar un globo aerostático, puedes dejar salir aire caliente. A medida que el globo pierda cada vez más flotabilidad, comenzará a caer. También puedes optar por dejar que el aire del globo se enfríe de forma natural, pero esto significa que tienes mucho menos control sobre el descenso.
La flotabilidad en la práctica
Entonces, ¿cómo se aplican realmente estos principios en un globo aerostático?
Ya hemos discutido algunas de las partes de un globo aerostático, pero aquí hay una revisión rápida que te ayudará a entender cómo aplicar el principio de Arquímedes:
| Parte | Que hace |
| Cesta | La caja en la parte inferior de un globo aerostático que contiene carga. |
| Sobre | El “globo” que se llena de aire. |
| Falda | Un paño no inflamable en el fondo del sobre. alrededor de los quemadores. |
| Quemadores | La unidad que calienta el aire dentro de la envoltura. |
Los quemadores, que se encuentran sobre la canasta, utilizan propano líquido para calentar el aire dentro de la envoltura. La llama se controla mediante una válvula en el tanque de propano líquido.
Cuanto más propano se introduce en el quemador, más fuerte es la llama. Cuanto más fuerte es la llama, menos denso se vuelve el aire dentro de la envoltura. A medida que el aire dentro de la envoltura se vuelve menos denso, todo el globo se eleva.
Direccion
Ya hemos hablado de cómo dejar entrar aire caliente en la envoltura hace que el globo se eleve. También sabemos que dejar salir aire caliente de la envoltura o dejar que el aire de la envoltura se enfríe hará que el globo caiga.
Con esta comprensión, podemos empezar a ver cómo la ley de flotabilidad puede ayudarnos a navegar hasta cierto punto.
A diferencia de otras máquinas voladoras, no tienes mucho control sobre el rumbo que toma un globo aerostático. Sin embargo, hay algunas cosas que puedes hacer para dirigirlo.
Los aeronautas experimentados se vuelven expertos en reconocer patrones de viento a diferentes alturas. Por ejemplo, si sabes que el viento sopla hacia el oeste a 3000 pies, puedes elevar el globo a 3000 pies para comenzar a volar hacia el oeste.
Del mismo modo, puedes reducir tu elevación si quieres atrapar una corriente de aire que vaya en una dirección diferente.
Los buenos pilotos de globo pueden incluso saltar de una corriente de aire a otra haciendo que su globo “gire”.
¡Comprender la flotabilidad puede, por tanto, ayudarte a pilotar mejor tu globo aerostático!
Precauciones de seguridad
Dado que disparar una llama al interior del sobre podría ser potencialmente peligroso, se han implementado algunas medidas de seguridad.
La falda está hecha de un material diferente al resto de la envoltura. Es la tela que rodea directamente los quemadores y, por lo tanto, está hecha de tela no inflamable.
Sin la falda, el sobre no captaría todo el aire caliente que necesita para elevarse.
Antes de que la envoltura comience a recibir aire caliente de los quemadores, primero se llena con aire frío. Esto hace que la envoltura se despegue del suelo y adquiera una forma lista para recibir aire caliente.
Intentar introducir aire caliente en un globo antes de llenarlo con aire frío probablemente incendiaría la envoltura.
Globos flotantes: ayer y hoy
El principio de flotabilidad se descubrió mucho antes de que se inventara el globo aerostático, pero no siempre se aplicó correctamente.
Los primeros globos
Los inventores del globo aerostático, Joseph-Michel Montgolfier y Jacques-Étienne Montgolfier, creían que era el humo de sus globos aerostáticos lo que les ayudaba a alcanzar la flotabilidad.
Todavía no entendían cómo se comportaba el aire cuando se calentaba y cuando se enfriaba. De hecho, ¡tenían muy poca idea de cómo se comportaban las moléculas de oxígeno!
Por este motivo, los hermanos Montgolfier utilizaban paja húmeda para alimentar sus globos aerostáticos porque generaba más humo. En realidad, esto solo perjudicaba el rendimiento de sus globos.
Los globos de gas se hicieron rápidamente más populares que los globos aerostáticos. Estos globos utilizaban gases más ligeros que el oxígeno, como el helio o el hidrógeno, para lograr el vuelo.
El aire caliente ligero, el helio o el hidrógeno dentro de un globo de gas es menos denso que el aire fuera de la envoltura. Esto hace que el globo de gas se eleve.
El globo aerostático moderno
En los siguientes 100 años, hubo varios descubrimientos e inventos que acercaron cada vez más el regreso de los globos aerostáticos.
Con el descubrimiento del quemador de propano líquido y los considerables esfuerzos de Ed Yost, los globos aerostáticos volvieron a ser populares a mediados del siglo XX.
Estos globos utilizan quemadores de propano líquido para calentar el aire dentro de la envoltura. Como ya se ha comentado, esto es lo que hace que los globos aerostáticos modernos floten.
¡Esto proporcionó una forma segura para que los globos aerostáticos volaran por primera vez en más de 100 años!
Sin la invención del quemador de propano líquido y el trabajo de Ed Yost, el gas habría seguido siendo la mejor manera de que los globos lograran flotabilidad.
Hoy en día, los globos aerostáticos son mucho más populares que sus homólogos de gas.
Aprovechar el poder de Arquímedes
¡Usar el principio de Arquímedes para lograr volar es algo hermoso! Y no se debe solo al globo aerostático. Es algo mucho más grande que eso.
Quizás hayas escuchado a alguien hablar de “desafiar la ley de la gravedad”. Quizás fue en un partido de baloncesto o tal vez mientras escuchabas la banda sonora de “Wicked”.
Dondequiera que haya sido, existe la idea generalizada de que volar desafía la ley de la gravedad, pero esto simplemente no es cierto. No solo no es cierto, sino que en realidad resta valor a la verdadera belleza del vuelo.
¡La belleza de volar no proviene de desafiar las leyes naturales, sino de aprovecharlas!
Verás, cada vez que un globo aerostático se eleva al cielo o un avión despega del suelo, es un testimonio de que la humanidad se ha convertido en dueña de los elementos. Demuestra que literalmente nos hemos elevado por encima del orden natural de las cosas.
Cuando Arquímedes descubrió la flotabilidad, estaba, de hecho, demostrando una vez más que no hay límites a lo que los humanos podemos lograr. Y aprovechar el poder que Arquímedes descubrió nos demuestra que ese es el punto cada vez que abandonamos la seguridad de la Tierra.
Para muchos, volar en globo es más que un pasatiempo: es un estilo de vida. Es gratificante por muchos motivos. La comunidad, la paz entre las nubes y la euforia que se siente al despegar son solo algunos de ellos.
Las lecciones que se aprenden con los globos aerostáticos son, sin duda, parte de la razón. Y entre todas las lecciones que se pueden aprender, esta es sin duda una que hay que recordar: la belleza de los globos aerostáticos nace de aprovechar, no de romper, las leyes de la Tierra.
