HM - 075 - Globos aeroestáticos
| HM | GLOBOS AEROESTÁTICOS |
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|---|---|---|---|---|
| 075 | Nivel: 2 | Año: 2008 | División Norteamericana | |
1. Describir el papel de una de las siguientes personas, sobre el desarrollo de los globos aerostáticos:
- Joseph-Michel Montgolfier y Jacques-Étienne Montgolfier Fueron pioneros en la invención del globo aerostático de aire caliente a finales del siglo XVIII. Su experimento culminó en 1783 con el primer vuelo tripulado, demostrando que el aire caliente podía generar sustentación y marcando el inicio de la aviación.
- Jean-François Pilâtre de Rozier y François Laurent d’Arlandes Realizaron el primer vuelo tripulado en globo de aire caliente en 1783 sobre París. Pilâtre de Rozier se destacó en este histórico vuelo y en posteriores intentos, convirtiéndose en una figura emblemática, aunque trágica debido a su fallecimiento en un vuelo posterior.
- Jacques Alexandre César Charles y Louis-Nicolas Robert César Charles diseñó y realizó el primer vuelo en globo de hidrógeno en 1783, mientras que Louis-Nicolas Robert colaboró en la construcción del globo, aportando innovaciones en el diseño de la envoltura, impulsando una nueva era en la aerostación.
- Ben L. Abruzzo, Maxie L. Anderson y Larry Newman Estos pioneros estadounidenses se destacaron en la segunda mitad del siglo XX por sus vuelos en globo, incluyendo el primer vuelo transcontinental en globo, impulsando el deporte y la exploración en la aerostación moderna.
- Bertrand Piccard y Brian Jones Conocidos por el Breitling Orbiter 3, realizaron la primera circunnavegación en globo aerostático en 1999, combinando exploración, innovación tecnológica y promoviendo un turismo e investigación más sostenibles en el ámbito de la aerostación.
- El Club Argentino de Aerostación fundado en el siglo XX, ha sido fundamental en promover y desarrollar esta actividad en Argentina, impulsando tanto vuelos recreativos como experimentos científicos y educativos, y contribuyendo al crecimiento de la cultura aeronáutica en el país.
2. Citar el principio de Arquímedes y describir brevemente cómo ese principio se aplica a las siguientes situaciones:
- Principio de Arquímedes: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje hacia arriba igual al peso del fluido desalojado."
- Corcho flotando en agua: El corcho flota porque, al estar parcialmente sumergido, desplaza una cantidad de agua cuyo peso es igual al peso del corcho. Su baja densidad hace que la fuerza de empuje supere su peso.
- Barco flotando en el océano: A pesar de su gran peso, el barco está diseñado para desplazar una cantidad de agua suficiente como para generar una fuerza de empuje que equilibre su peso, permitiéndole flotar.
- Globo de aire caliente flotando en la atmósfera: En un globo de aire caliente, el aire en su interior es menos denso que el aire frío exterior. Esto provoca que el globo desplace una mayor masa de aire, generando una fuerza de empuje que lo eleva.
3. Dibujar una tabla que demuestre la composición del aire con información de peso y volumen.
| Componente | % en Volumen | % en Peso | Peso Molecular (g/mol) |
|---|---|---|---|
| Nitrógeno (N2) | 78.08% | 75.5% | 28.0 |
| Oxígeno (O2) | 20.95% | 23.1% | 32.0 |
| Argón (Ar) | 0.93% | 1.3% | 39.95 |
| Dióxido de Carbono (CO2) | 0.04% | 0.03% | 44.01 |
| Otros (Neón, Helio, etc.) | ~0.0% | ~0.0% | - |
4. Diseñar una tabla que demuestre la composición del número atómico, peso atómico y densidad de los componentes:
| Elemento | Número Atómico | Peso Atómico (u) | Densidad (g/L a STP) |
|---|---|---|---|
| Hidrógeno (H) | 1 | 1.008 | 0.0899 |
| Helio (He) | 2 | 4.0026 | 0.1786 |
| Oxígeno (O) | 8 | 15.999 | 1.429 |
5. Citar los dos gases que son usados en los globos de gas.
Los dos gases comúnmente utilizados en globos de gas son el helio y el hidrógeno. Ambos son mucho menos densos que el aire, lo que les permite generar la fuerza de elevación necesaria para mantener el globo en el aire. Sin embargo, es importante destacar que el hidrógeno, aunque es eficiente en términos de elevación, es inflamable, por lo que el helio es generalmente preferido por razones de seguridad.
6. Explicar cómo el calor/temperatura afectan la densidad del aire y cómo eso hace que los globos aerostáticos vuelen.
Cuando se aumenta la temperatura, las moléculas de aire ganan energía cinética, se separan y ocupan más espacio, lo que reduce la densidad del aire. En un globo aerostático, se calienta el aire dentro de la envoltura, haciendo que este aire sea menos denso que el aire frío del exterior. Debido al principio de Arquímedes, el aire caliente, al desplazar una mayor cantidad de aire frío (más denso), genera una fuerza de empuje hacia arriba que supera el peso del globo. Así, el globo se eleva en la atmósfera. Al disminuir la temperatura del aire en su interior, la densidad vuelve a aumentar, y el globo desciende.
7. Explicar la función de cada uno de los siguientes ítems con respecto a la estructura y el vuelo de un globo aerostáticos.
- La envoltura del globo: Es la gran bolsa de material resistente que contiene el aire caliente. Su función principal es retener el aire calentado por el quemador, permitiendo generar la diferencia de densidad necesaria para la elevación del globo.
- El quemador: Se encarga de calentar el aire que se encuentra dentro de la envoltura. Al aumentar la temperatura del aire, se reduce su densidad, lo que genera la fuerza de empuje hacia arriba, permitiendo el ascenso del globo.
- Cesta: Es la plataforma o compartimento en el que se ubican los pasajeros, el piloto y la carga. Además de soportar el peso, la cesta proporciona un lugar seguro para el control y manejo del globo durante el vuelo.
- Aro o anillo inferior: Actúa como elemento de conexión y refuerzo estructural entre la envoltura y la cesta. Ayuda a distribuir las fuerzas y tensiones de manera uniforme, garantizando la estabilidad y seguridad del sistema durante el vuelo.
- Ventilador: Se utiliza para facilitar la entrada de aire en la envoltura durante el proceso de inflado en tierra. Esto acelera el llenado inicial del globo y contribuye a darle la forma adecuada antes de iniciar el calentamiento y el vuelo.
8. Citar dos materiales que pueden ser usadas en la construcción de la envoltura de un globo de aire caliente y comparar las ventajas y desventajas entre ellos, debido a sus propiedades físicas.
| Material | Ventajas | Desventajas |
|---|---|---|
| Nylon |
- Ligero y flexible, lo que facilita su manejo y almacenamiento. - Buena resistencia a la tracción y al desgaste. - Puede soportar altas temperaturas con recubrimientos adecuados. |
- Se degrada más rápido con la exposición prolongada a los rayos UV. - Puede absorber algo de humedad, afectando su resistencia con el tiempo. |
| Poliéster |
- Mayor resistencia a los rayos UV, lo que le da una vida útil más larga. - Menos propenso a la absorción de humedad, manteniendo su resistencia en diversas condiciones climáticas. |
- Tiende a ser menos flexible que el nylon, lo que puede dificultar su manipulación. - Puede ser un poco más pesado en comparación con el nylon. |
9. Describir por qué los globos aerostáticos fueron útiles en:
- Campañas militares: Los globos aerostáticos fueron utilizados en el ámbito militar principalmente para reconocimiento y observación. Debido a su capacidad para elevarse a grandes alturas, permitían obtener una vista panorámica del campo de batalla, facilitando la detección de movimientos enemigos y la planificación de estrategias. También fueron empleados para la comunicación y señalización, e incluso en algunos casos, como plataformas para bombardeos rudimentarios.
- Investigaciones científicas: Los globos aerostáticos han sido fundamentales para la exploración de la atmósfera y estudios meteorológicos. Gracias a su capacidad para ascender a altitudes elevadas, han permitido recopilar datos sobre temperatura, presión, composición del aire y radiación solar. También han sido utilizados para estudios de la capa de ozono, la astronomía y la observación de fenómenos atmosféricos, proporcionando información valiosa sobre la dinámica de la atmósfera terrestre.
Durante estas horas del día, las condiciones meteorológicas son más estables debido a la menor presencia de corrientes térmicas (turbulencias causadas por el calentamiento del suelo). En las horas centrales del día, el sol calienta la superficie terrestre, generando movimientos ascendentes de aire caliente que pueden hacer que el vuelo sea más difícil de controlar y peligroso.
En la mañana y al atardecer, el aire es más frío y denso, lo que permite un vuelo más seguro y predecible. Además, los vientos suelen ser más suaves y constantes, lo que facilita el control del globo y mejora la experiencia del vuelo.
11. Describir cómo controla el piloto los movimientos verticales de los siguientes globos.
- Globos de aire caliente: El piloto controla el movimiento vertical ajustando la temperatura del aire dentro de la envoltura:
- Para ascender: Enciende el quemador para calentar el aire, reduciendo su densidad y aumentando la flotabilidad del globo.
- Para descender: Deja que el aire se enfríe de manera natural o abre una válvula en la parte superior de la envoltura para liberar aire caliente, aumentando la densidad y reduciendo la sustentación.
- Globos de gas: El piloto controla el ascenso y descenso regulando la cantidad de gas y lastre:
- Para ascender: Libera lastre (sacos de arena u otros pesos) para reducir el peso total y aumentar la flotabilidad.
- Para descender: Libera gas (como helio o hidrógeno) a través de una válvula, disminuyendo la flotabilidad y permitiendo que el globo baje.
12. Describir cómo controla el piloto los movimientos horizontales de un globo.
El piloto de un globo aerostático no tiene control directo sobre los movimientos horizontales, ya que estos dependen del viento. Sin embargo, puede influir en la dirección de vuelo mediante el cambio de altitud.
¿Cómo se controla el movimiento horizontal?
- Cambio de altitud para encontrar diferentes corrientes de viento:
- A diferentes alturas, los vientos pueden soplar en distintas direcciones y velocidades.
- El piloto asciende o desciende hasta encontrar una corriente de aire que lo lleve en la dirección deseada.
- Observación de patrones de viento:
- Antes del vuelo, los pilotos estudian los vientos con globos meteorológicos o pronósticos para predecir posibles rutas.
- Durante el vuelo, pueden soltar pequeñas cintas o utilizar instrumentos para analizar el viento en distintas capas de la atmósfera.
Aunque no pueden dirigir el globo como un avión, los pilotos experimentados pueden aprovechar los vientos para lograr un control relativo sobre el rumbo del vuelo.
13. Construir un modelo en miniatura de un globo aerostático y hacerlo volar (puede ser construido en pares).
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