Поставивши питання, чому повітряна кулька прилипає до стелі, ми натрапляємо на цікаве явище, яке захоплює і дітей, і дорослих. Здавалося б, ніщо аномального, адже повітря — це речовина, що охоплює наш світ. Зрештою, якщо ми прикладемо до стелі інший об’єкт, він нелипкий. Тому згадуємо онлайн експеримент, який показує, як активно кулька прилипає до стелі, і вирішуємо розібратись у цьому явищі.
Знову ж таки, стикаємося з питанням: чим кулька може так приваблюватися до верхньої поверхні? Отож, все пояснюється просто. Коли кулька накачана повітрям, вона тримається завдяки надатій формі і внутрішньому тиску. Поки повітря у будь-якій кульці має вищий тиск, порівняно з зовнішнім, розташування кульки можна вважати стійким.
Але коли ми підвішуємо кульку біля стелі, вона починає приваблюватися до неї. Це зважаючи на те, що стикання повітря з поверхнею створює вимірювання внутрішнього тиску. Зараз ми розглянемо цей процес більш детально
Принцип прильоту повітряної кульки до стелі
Прильот повітряної кульки до стелі можна пояснити за допомогою принципу Архімеда. В результаті нагрівання повітря всередині кульки, воно стає легшим та менш щільним в порівнянні з повітрям оточуючим. Це призводить до того, що кулька починає підніматися вгору.
Під час нагрівання, повітря всередині кульки нагрівається і розширюється. Коли повітря розширюється, його густина зменшується. Оскільки густина повітря всередині кульки стає меншою, ніж густина повітря зовні, сполучена повітряна кулька отримує підйомну силу, спрямовану вгору.
Щоб утримати повітряну кульку під стелею, потрібно постійно нагрівати повітря всередині кульки. Якщо повітря охолодається, його густина збільшується та кулька знижується вниз. Тому, після певного часу, повітряна кулька почне спадати, якщо не буде знову нагріватися.
Отже, в процесі нагрівання повітря всередині кульки стає легшим та отримує підйомну силу. Це призводить до того, що повітряна кулька прилітає до стелі.
Необхідні умови для явища
1. Електризація
Перед тим, як повітряна кулька прилипне до стелі, необхідно, щоб вона електризувалась. Це може статися в результаті тертя між поверхнею кульки та іншим предметом, наприклад, волоссям або шарфом. Механічне діяння спричиняє перенесення заряду і, таким чином, заряджає повітряну кульку.
2. Електричне поле
Друга необхідна умова – наявність електричного поля. В присутності зарядженої повітряної кульки та зарядженої стелі виникає електричне поле. Це поляризує молекули повітряної кульки та кульку одночасно тягне до себе і стискатиме її в сторону стелі.
3. Явище магнітного захвату
Явище магнітного захвату – це класичне приклад явища, коли два предмети з іонними рухами освітлюються і їх поля намагаються з’єднатися. При взаємодії зарядженої повітряної кульки та стелі створюються такі умови, коли дві поверхні притягаються одна до одної і кулька прилипає до стелі.
4. Відсутність супротиву
Крім того, для явища необхідна відсутність супротиву, який міг би перешкоджати клейкості повітряної кульки до стелі. Наявність бруду або жирних слідів на стелі може зменшити адгезію і запобігти прилипанню кульки до стелі.
Таким чином, повітряна кулька прилипає до стелі під дією електризації, наявності електричного поля, явища магнітного захвату та відсутності супротиву, що дозволяє двом поверхням з’єднатися через адгезію.
Сили, що впливають на повітряну кульку
Гравітаційна сила: Однією з головних сил, що впливають на повітряну кульку, є гравітаційна сила. Ця сила втягує кульку вниз в напрямку Землі. Повітряна кулька зазвичай наповнена гарячим повітрям, яке легше за повітря навколо. Тому, коли повітряна кулька налягає вниз, гравітаційна сила тягне її назад, у напрямку стелі.
Сила витіснення: Коли повітряна кулька утримується на стелі, впливає сила витіснення. Коли повітряна кулька доторкається до стелі, повітря між ними стискається. Це стиснення створює силу витіснення, яка підтримує кульку, запобігаючи їй падінню.
Електростатична сила: Додаткова сила, що може впливати на повітряну кульку, – електростатична сила. Коли кулька теркається стелі або іншого предмета, виникає накопичення електричного заряду. Цей заряд створює електростатичну силу, яка зберігає кульку приклеєною до стелі.
Разом ці сили – гравітаційна сила, сила витіснення та електростатична сила – створюють складну систему сил, які діють на повітряну кульку. Це пояснює, чому кулька може залишатися приклеєною до стелі.