ฟิสิกส์รอบตัว ตอน บอลลูน

  • Category
    ฟิสิกส์
  • Name
    ฟิสิกส์รอบตัว ตอน บอลลูน
  • Description
    บอลลูน (balloon) เป็นยานพาหนะที่ใช้ในการเดินทางทางอากาศ ด้วยหลักการของแรงลอยตัว (Buoyancy) ของอากาศร้อนที่เบากว่าอากาศเย็นรอบ ๆ บอลลูน และของอากาศร้อนที่เบากว่าอากาศเย็นรอบ ๆ บอลลูน
  • Created
    วันพุธ, 22 เมษายน 2558
  • Group admin
    Physic05
 
ห้องเรียน
คณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา
ค้นหา
  • loader
คลับ (Club) ล่าสุด
  • การค้นพบกฎและทฤษฎีทางฟิสิกส์ (Discovery Law and Theory of Physics)
    ฟิสิกส์เป็นการศึกษาปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ โดยพยายามอธิบายปรากฎการณ์ต่างๆ โดยใช้กฎและทฤษฎีที่นักฟิสิกส์สร้างขึ้น กฎและทฤษฎีต่างๆ จะถูกพิสูจน์ด้วยการทดลอง การเข้าใจแนวคิดและที่มาของกฎและทฤษฎีเหล่านั้น จะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติมากขึ้น และทำให้เราเข้าใจวิธีคิดของนักฟิสิกส์ด้วย...
  • ความหลากหลายทางชีวภาพ
    สิ่งมีชีวิตมีมากหมายหลายชนิดเเตกต่างกัน ดังนั้นการจัดลำดับสิ่งมีชีวิตในโลกของเราใช้หลักเกณฑ์ใดบ้างมาเรียนรู้กัน
  • What Companies Bangalore Packers Movers Provide
    There are lots of going businesses or maybe removal businesses or perhaps packers as well as movers inside Bangalore, Maharashtra. This sort of firms are encouraging people significantly inside relocation. These are helping those who wish to shift their particular residences as well as offices...
  • ห้องเรียนคณิตศาสตร์ของครูศุภกร
    ห้องเรียนคณิตศาสตร์ของครูศุภกร สอนดี Mathematics rules
  • คลับคนรักคณิต
    คลับคนรักคณิต เนื้อหาและบทเรียน CAI วิชาคณิตศาสตร์ สำหรับผู้ที่นิยมศึกษาผ่านช่องทางอินเตอร์เน็ต พูดคุย และแลกเปลี่ยนกันทุกเรื่องราวที่เกี่ยวกับการคำนวณ เชิญรับชมบทเรียน e-Learning ของคลับนี้ได้ครับ
  • smith mekpiboonwattana
    เรขาคณิตเป็นวิชาด้วยการวัดดิน การคำนวณด้วยเส้น
คนที่ออนไลน์

มี 1050 ผู้มาเยือน และ ไม่มีสมาชิกออนไลน์ ออนไลน์

วันพุธ, 22 เมษายน 2558 22:35 by Physic05

บอลลูน


บอลลูน  (balloon) เป็นยานพาหนะที่ใช้ในการเดินทางทางอากาศ ด้วยหลักการของแรงลอยตัว (Buoyancy) ของอากาศร้อนที่เบากว่าอากาศเย็นรอบ ๆ บอลลูน  และของอากาศร้อนที่เบากว่าอากาศเย็นรอบ ๆ บอลลูน  โดยอาศัยหลักการการลอยตัวในของไหลของอาคิมิดิส ชาวกรีกผู้ที่พบว่า วัตถุจมอยู่ในของไหลจะได้รับแรงพยุงขึ้น เรียกว่า แรงลอยตัวนี้มีค่าเท่ากับน้ำหนักของของไหลซึ่งแทนที่ด้วยวัตถุนั้น

การลอยตัวของบอลลูน

ด้วยความฉลาดของมนุษย์ที่สังเกตเห็นว่า ควันไฟลอยสูงขึ้นในอากาศ สองพี่น้องชาวฝรั่งเศสในสกุลมองต์โกลฟิเยร์ คิดทำบอลลูนให้ลอยสูงขึ้นได้สำเร็จเป็นครั้งแรกในเดือนมิถุนายน 1783 โดยบรรจุอากาศร้อนไว้ภายในบอลลูน เพื่อทำให้เกิดแรงยกเพราะอากาศร้อนเบากว่าอากาศเย็นต่อจากนั้นก็ได้มีการคิดค้นสร้างอากาศยานประเภทเบากว่าอากาศและเรือเหาะซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องจักรกลขึ้น และพัฒนาขึ้นตามลำดับ

บอลลูนลอยอยู่ในอากาศได้เพราะภายในบอลลูนบรรจุก๊าซที่เบากว่าอากาศไว้ เช่น ไฮโดรเจน ฮีเลียมหรืออากาศร้อน ทำให้ความหนาแน่นรวมของบอลลูน ต่ำกว่าความหนาแน่นของอากาศโดยรอบ บอลลูนจึงลอยอยู่ในอากาศด้วยหลักการของอาร์คีมิดิส เช่นเดียวกับที่ไม้ลอยน้ำ เหล็กลอยในปรอท ความสามารถในการยกน้ำหนักของบอลลูนจึงขึ้นอยู่กับปริมาตรของบอลลูนและความหนาแน่นของอากาศโดยรอบบอลลูนนั้น

บอลลูนและเรือเหาะเป็นสิ่งที่สะท้อนให้เห็นว่ามนุษย์ในสมัยก่อนมีความใฝ่ฝันที่จะบินได้เหมือนนก  แต่แกะ  เป็ด  และห่านกลับเป็นผู้สานฝันรายแรกที่โดยสารไปบนบอลลูน  (hot air balloon)  ที่นายโจเชฟ  (Joseph)  และนายเอเตียน  (Ettienne)  2 พี่น้องตระกูลมองต์โกลฟิเย  (Montgolfier  brothers)   ได้ออกแบบและสร้างในเดือนกันยายน  ปี  ค.ศ. 1783  หลังจากนั้นราว  2 เดือนในเมืองปารีส  ประเทศฝรั่งเศส  มาควิส ฟรังซัว ดาร์ลองส์  (Marquis Francois d’Arlandes)  หัวหน้าหน่วยทหารราบ  และนายปิลาร์ต เดอ โรซิเย  (Pilatre de Rozier)  นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสเป็นมนุษย์  2  คนแรกที่ได้ทดลองบินขึ้นสู่ท้องฟ้า  บอลลูนลูกนี้ประดิษฐ์โดยพี่น้องตระกูลมองต์โกลฟิเยอีกเช่นกัน  ทำจากกระดาษและผ้าไหม  ใช้วัสดุธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง  เช่น  ฟางข้าวและปุ๋ยคอก  ประวัติศาสตร์ได้บันทึกไว้ว่า  บอลลูนบินอยู่เหนือไร่องุ่นที่ระดับความสูง  500  ฟุตนานกว่า  22  นาที  จนชาวไร่ต่างพากันสงสัยว่ามีมังกรพ่นไฟบินลงมาจากฟากฟ้านั่นทีเดียว  บอลลูน  จึงเป็นสิ่งประดิษฐ์เพียงอย่างเดียวในสมัยนั้นที่ทำให้มนุษย์เดินทางได้ดั่งฝัน

บอลลูนอาศัยหลักการลอยตัวของอากาศร้อนที่เบากว่าอากาศเย็นรอบ ๆ บอลลูน  และแรงขับเคลื่อนมาจากลมที่พัดพาตามธรรมชาติ  แตกต่างจากเรือเหาะ  (airship) ที่ขับเคลื่อนลูกบอลลูนด้วยเครื่องจักร  ในขณะที่ลูกบอลลอยขึ้นสู่ฟากฟ้าตลอดระยะเวลาหลายปีนั้น  นายอองรี  กิฟฟาร์ด  (Henri  Giffard)  ได้ประดิษฐ์เรือเหาะขึ้นมาในปี  ค.ศ. 1852  เรือเหาะลำแรก  มีความยาว  44  เมตร  ลูกบอลลูนเป็นรูปทรงซิการ์มีถุงเชื้อเพลิงก๊าซซึ่งใช้ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ขนาด  3  แรงม้า

และในปี  ค.ศ. 1900  ท่านเคาน์ท  เฟอร์ดินัน  วอน  เซปเปลิน  ชาวเยอรมัน  (Count  Ferdinand  Von  Zeppelin  of  Germany) ได้ประดิษฐ์เรือเหาะแบบมีโครง  (rigid  airship)  ลำแรกขึ้นมา  ตัวโครงทำจากโลหะ  ยาว  123  เมตร  เส้นผ่าศูนย์กลาง  12  เมตร  มีถุงเชื้อเพลิงทำด้วยยางบรรจุก๊าซไฮโดรเจน  มีครีบและหางเสือเพื่อบังคับทิศทาง  และขับเคลื่อนด้วยแรงขับดันจากการเผาไหม้ภายในเรือเหาะของท่านเคาน์ท  เซปเปลินลำที่มีชื่อเสียงมากที่สุดชื่อ  “ไฮเดนเบอร์ก  (hidenburg)”  ซึ่งถูกไฟไหม้ในขณะที่ลงจอดในเมื่องเลกเฮิร์สท  รัฐนิวเจอร์ซี  (Lake  hurst, New  Jersey)

ถึงแม้จะมีการประดิษฐ์เรือเหาะลำแรกขึ้นมาแล้วก็ตาม  แต่การทดลองขึ้นสู่ท้องฟ้าด้วยบอลลูนก็ยังมีอยู่อย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งบอลลูนที่ถือว่าเป็นต้นแบบของบอลลูนในยุคปัจจุบันนั้น  ได้เกิดขึ้นเมื่อวันที่  10  ตุลาคม  ปี  ค.ศ. 1960  เป็นบอลลูนโพลิยูรีเทนเคลือบไนลอนมีขนาดใหญ่ถึง  30,000  ลูกบาศก์ฟุต  ลอยขึ้นจากเมืองเบิร์นนิง  รัฐเนบราสกา  (Burning,  Nebraska)  โดยใช้ก๊าซโพรเพนเป็นเชื้อเพลิงในการทำอากาศร้อนภายในลูกบอลลูน

ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา  เที่ยวบินบอลลูนได้บรรทุกผู้โดยสารเหนือน่านฟ้าของทวีปยุโรปและอเมริกา  และได้กลายเป็นกีฬาที่สร้างความตื่นตา  ตื่นใจ  ในประเทศสหรัฐอเมริกา  อังกฤษ  และขยายมาจนถึงประเทศออสเตรเลียในปี  ค.ศ. 1970  ปัจจุบันในประเทศสหรัฐอเมริกา  มีบอลลูนอยู่มากถึง  5,000  ลูกทีเดียว

หลักการลอยตัวของบอลลูนและเรือเหาะอาศัยหลักของแรงลอยตัวที่เรียกว่า  “principle  of  buoyancy”  ของนักคณิตศาสตร์ชาวกรีกชื่ออาร์คีมิดิส  (Archimedes)  โดยปรากฏเมื่อ  2,200  ปีที่แล้ว  ซึ่งเป็นกฎของความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักและปริมาตรที่ถูกแทนที่  อาร์คีมิดิสค้นพบว่าวัตถุลอยน้ำได้ถ้าหากน้ำหนักของวัตถุนั้นมีค่าไม่มากกว่าน้ำหนักของน้ำในปริมาตรเดียวเดียวกับที่วัตถุนั้นแทนที่  การลอยตัวได้ของวัตถุนั้นเกี่ยวข้องกับเรื่องของความหนาแน่นหรือน้ำหนักต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร  วัตถุนั้นจะลอยน้ำได้เมื่อความหนาแน่นของวัตถุมีค่าน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ

บอลลูนสามารถลอยตัวในอากาศได้ด้วยแรงลอยตัว  (buoyancy  force)  เช่นเดียวกับเรือที่ลอยอยู่ในน้ำ  หากเราเปรียบ  “น้ำ”  เป็น  “อากาศ”  การทำให้ความหนาแน่นของอากาศภายในบอลลูนน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศภายนอกรอบ ๆ  ลูกบอลลูนนั้นสามารถทำได้โดยการให้ความร้อนกับอากาศภายในลูกบอลลูน  ทำให้อนุภาคอากาศภายในลูกบอลลูนดูดซับพลังงานความร้อน  อนุภาคจึงเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว  เกิดการชนกันเองและชนกับพื้นผิวภายในลูกบอลลูน  ทำให้เกิดแรงดันลอยตัวจำนวนมหาศาลที่จะทำให้ลูกบอลลูนลอยขึ้นสู่ท้องฟ้าได้  และเมื่อแรงลอยตัวมีค่าเท่ากับน้ำหนักของอากาศที่ถูกแทนที่ด้วยลูกบอลลูน  บอลลูนก็จะหยุดอยู่ที่ระดับความสูงหนึ่ง ๆ  เมื่อพิจารณาหลักความสมดุลของแรงตามธรรมชาติแล้ว  บอลลูนลอยขึ้นไปอยู่ในระดับที่ทำให้ความหนาแน่น  ภายในลูกบอลลูนมีค่าเท่ากับภายนอกบริเวณรอบ ๆ  บอลลูนเพื่อปรับสมดุลนั่นเอง  และจากหลักแรงลอยตัวของอาร์คีมิดิสนี้  ก้อนเหล็กไม่สามารถลอยน้ำได้เหมือนกับเรือเหล็กลำใหญ่  เพราะก้อนเหล็กแทนที่น้ำด้วยปริมาตรที่น้อยกว่า  ขนาดของเรือเหล็กลำใหญ่  บอลลูนก็คล้ายกัน  บอลลูนที่มีขนาดใหญ่สามารถลอยตัวขึ้นไปได้สูงกว่าบอลลูนขนาดเล็ก  เนื่องจากปริมาตรที่แทนที่อากาศนั้นมีค่ามากกว่า

บอลลูนมีส่วนประกอบสำคัญ  3 ส่วนคือ  ตัวบอลลูนรูปทรงกลมหรือเรียกว่า  “envelope”  ทำจากผ้าไนลอนชนิด  rip-stop  nylon  ที่ไม่ฉีกขาดง่าย  ถักทอแบบร่างแห  ทำให้มีน้ำหนักเบาและเหนียวทนทาน  มีการเคลือบภายในด้วยพลาสติกเพื่อช่วยเก็บอากาศร้อน  วัสดุที่ใช้ทำ  envelope  ของบอลลูนนี้จะแตกต่างจาก  envelope  รูปซิการ์บรรจุก๊าซฮีเลียมของเรือเหาะที่ทำจากวัสดุผสมโพลีเอสเทอร์ซึ่งเป็นวัสดุชนิดเดียวกับวัสดุที่ใช้ทำเสื้อของนักดับเพลิง  บอลลูนมีส่วนเปิดบริเวณด้านล่างใต้บอลลูนเรียกว่า  “skirt”  เป็นผ้าที่ทำจากไนลอนเช่นกัน  และเคลือบด้วยเส้นใยอะรามิด  ซึ่งทนต่ออุณหภูมิสูงและไม่ติดไฟ  เช่น  Nomex®  เพื่อป้องกันเปลวไฟ  จากหัวเผาเชื้อเพลิงที่เรียกว่า  “burner”  ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของบอลลูน  การบังคับวาล์วก๊าซนั้นเป็นแบบใช้มือเปิดปิด  envelope  ติดกับตะกร้าโดยสารด้วยสายเคเบิลเหล็กกล้า  และมีการออกแบบโดยใช้ผ้าสีสันสดใสที่มีรูปแบบทรงเรขาคณิตเย็บติดกัน  ถูกม้วนพับเก็บรักษาอย่างดีเพื่อกันเชื้อรา  และต้องตรวจตราอย่างสม่ำเสมอว่ามีรอยฉีกขาดหรือไม่เพื่อความปลอดภัยตามมาตรฐานของสมาพันธ์บริหารวิชาการบินหรือ  FAA  (Federal  Aviation  Administration)  ซึ่ง  envelope  ที่ดีจะมีอายุการบินนานถึง  500  ชั่งโมงหรือมากกว่านั้น

ส่วนที่สามคือตะกร้าโดยสาร  หรืออาจเรียกว่า  “gondola”  ใช้สำหรับบรรทุกถังเชื้อเพลิง  ผู้โดยสาร  และอุปกรณ์ที่จำเป็น  เช่น  เข็มทิศ  เครื่องวัดระดับความสูง  (altimeter)  เครื่องมือวัดอุณหภูมิ  (pyrometer)  ของ  envelopy  และเครื่องวัดอัตราการไต่ระดับความสูง  gondola  ทำมาจากหวายถักอย่างแน่นหนาบนแกนเหล็กกล้าหรืออะลูมิเนียม  แต่มีน้ำหนักเบา  และมีความยืดหยุ่นตัวดี  เพื่อรับแรงกระแทกในขณะที่ลงจอดและทนทานต่อการแตกหัก  มีการเคลือบด้วยยูรีเทนทั้งภายในและภายนอก  เพื่อป้องกันความชื้นขนาดของบอลลูนกำหนดจากส่วนสูง  เส้นผ่าศูนย์กลาง  และปริมาตร  บอลลูนสำหรับเล่นกีฬาในประเทศอเมริกานั้น  โดยเฉลี่ยมีส่วนสูง  70  ฟุต  เส้นผ่าศูนย์กลาง  55  ฟุต  ซึ่งสามารถเก็บอากาศได้  77.000-105,000  ลูกบาศก์ฟุต  ส่วนบอลลูนขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับบรรทุกผู้โดยสารนั้น  สามารถบรรจุอากาศได้มากถึง  500,000  ลูกบาศก์ฟุต  โดยมีความสูง  85  ฟุตและเส้นผ่าศูนย์กลาง  65  ฟุต  บอลลูนบางลูกใช้สำหรับเดินทางรอบโลก  จึงมีความสูง  160  ฟุตและมีความจุอากาศได้มากถึง  2.6  ล้านลูกบาศก์ฟุตเลยทีเดียว

นอกจากนั้น  บอลลูนยังถูกนำมาใช้ในการสำรวจภูมิอากาศหรือสภาพอากาศที่มนุษย์ยังไม่สามารถเข้าถึงได้  เช่น  บอลลูนที่ชื่อว่า  “heated  balloon”  ได้ถูกใช้เพื่อสำรวจดาวอังคารเมื่อปี  ค.ศ. 2000   เป็นบอลลูนขนาด  25  ตารางฟุต  ถูกเคลือบด้วยสารเคลือบทำจากโลหะสีดำเพื่อสร้างความร้อนขึ้นภายในลูกบอลลูน  สามารถทำให้เมทานอลเหลวระเหยกลายเป็นไออยู่ในลูกบอลลูน  และลอยอยู่ได้ในบรรยากาศของดาวอังคารที่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์  ซึ่งสามารถลอยอยู่เหนือดาวอังคารได้เพียง  1  วันเท่านั้น

link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education newsletter

SEAMEO Congress

Programme with Presentations

Black Ribbon