Si l’air chaud se dilate dans toutes les directions, pourquoi le ballon monte-t-il?

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Si l’air chaud se dilate dans toutes les directions, pourquoi le ballon monte-t-il?


Un ballon monte. L’air chaud à l’intérieur du ballon se dilate dans toutes les directions et l’air froid à l’extérieur du ballon agit avec force sur le ballon de toutes les directions (force de pression plus élevée). Pourquoi le ballon monte-t-il alors?

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ACuriousMind ♦


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@ACuriousMind Je comprends que si l’objet est dans l’eau Une pression légèrement plus élevée agissant sur le fond le fait monter, mais je ne comprends pas comment l’air chaud à l’intérieur du ballon le fait monter. Si l’air passe de haute à basse pression, le ballon ne devrait pas imploser ou quelque chose

David Hammen

Les ballons explosent. Un ballon d’hélium pour enfant très bien scellé va monter et monter, se dilater à mesure qu’il monte, et finalement POP! Ce qui vous manque, c’est que la flottabilité est toujours la conséquence d’un gradient de pression. Il n’y aurait pas de flottabilité si la pression était la même en haut et en bas du ballon, ce que suggère votre diagramme.

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@David Hammen Donc, l’air chaud à l’intérieur du ballon provoque plus de pression au sommet du ballon? Pourquoi, étant donné que la gravité tire l’air vers le bas, la pression ne devrait-elle pas être augmentée au fond du ballon ou la pression ne devrait-elle pas être la même partout étant donné que l’air au bas du ballon exerce la même force vers le haut et vers le bas?

David Hammen

Non! Vous regardez le mauvais objet. C’est l’atmosphère qui présente un gradient de pression (le ballon aussi, mais ce n’est pas le but). Sans ce gradient de pression dans l’atmosphère, il n’y a pas de flottabilité. Pensez à cette flèche bleue en bas de votre diagramme qui est un tout petit peu plus longue que la flèche bleue en haut. C’est ce qui cause la flottabilité.

Réponses


 David Hammen

D’abord et avant tout, une introduction sur ce qu’est la «flottabilité» est nécessaire. La pression diminue avec l’altitude. La pression atmosphérique en haut du ballon est un tout petit peu moins que la pression atmosphérique en bas du ballon. Cette différence de pression entraîne une minuscule force ascendante nette sur le ballon. Le ballon monte si cette petite force ascendante nette dépasse le poids minuscule du ballon.

Le ballon ne monte pas toujours. Essayez de relâcher une montgolfière à Los Angeles, Denver ou Mexico. Souvent, le ballon se lèvera peut-être mille pieds puis s’arrêtera. Cela indique que l’atmosphère est stable, et c’est pourquoi Los Angeles, Denver et Mexico ont de si graves problèmes de smog.

Une montgolfière monte lorsque le taux de déchéance environnementale est suffisamment élevé. L’air est un conducteur de chaleur relativement moche. Cela signifie que le ballon ne transfère pas beaucoup de chaleur avec l’environnement extérieur. Les conditions à l’intérieur du ballon changent plus ou moins de manière adiabatique. En supposant que le ballon est rempli d’air (par opposition à l’hélium ou à l’hydrogène), le ballon sera porté à la hausse tant que la température à l’intérieur du ballon reste supérieure à la température de l’air ambiant. Le ballon cesse de monter peu de temps après que le taux de déchéance de l’air ambiant soit inférieur à celui de la goutte adiabatique qui se produit à l’intérieur du ballon.

La température de l’air a tendance à diminuer avec l’augmentation de l’altitude. Cela « tend à » est la clé. Le profil de température s’aplatit finalement. Parfois, l’altitude à laquelle cela se produit est à des dizaines de kilomètres au sommet de la troposphère. La frontière entre le haut de la troposphère et le bas de la stratosphère est l’endroit où le taux de déchéance troposphérique s’arrête. Les températures augmentent avec l’augmentation de l’altitude dans la stratosphère. C’est la principale raison pour laquelle le temps n’atteint généralement pas la stratosphère. Il faut un orage très grand et très puissant pour percer la tropopause, la frontière qui marque le haut de la troposphère / le bas de la stratosphère.

D’autres fois, cette transition vers une température stable se produit à des altitudes beaucoup plus basses (par exemple, Los Angeles, Denver et Mexico).

 

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