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浮力‧天燈‧熱氣球

2015/10/28
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元宵節有許多人施放天燈,今年新竹市卻有民眾開車等紅燈的時候,剛好被掉落的天燈砸中引擎蓋,而且天燈還在燃燒。類似的意外,在台灣發生了許多次。兩天之後,埃及傳來熱氣球墜毀的重大災情,更讓人怵目驚心。其實,天燈和熱氣球是藉著同樣的原理產生浮力,飄上天空,也都需要受到管制,以免發生危險。請聽今天的科學三分鐘,為您介紹:浮力‧天燈‧熱氣球

天燈,又叫做孔明燈,相傳是三國時代諸葛亮所發明的。諸葛亮字孔明,以羽扇綸巾的軍師形象聞名於世,傳說因為天燈形狀有點像孔明先生戴的帽子,所以叫做孔明燈。因此一開始的時候,天燈應該並沒有祈福或宗教上的意義,而是在作戰時傳遞軍情,發出聯絡信號的工具,是一種有軍事用途的古代發明。

我們說天燈的形狀像古人的帽子,其實也可以說,是把天燈的頂部封起來,在底部點火加熱。天燈裡面的空氣受熱膨脹,但天燈的容積有一定限度的空間,造成多餘的熱空氣分子跑出天燈外,留在天燈內的熱空氣質量便減少,天燈裡面的空氣密度便跟著變小。換句話說,就是天燈內部的空氣密度變小了,相對地,外界的空氣密度比較大,一來一往,就產生了浮力。

簡單地說,天燈的總體積,乘以外界空氣的密度,就是它所受到的浮力。當這個浮力,大於天燈和內部空氣的總重量,天燈就會往上飄。熱氣球的原理和天燈完全相同,所以傳統熱氣球的底部也要點火,只是換成了可以操控的瓦斯燃料罐。

然而天燈容易造成火災,所以施放天燈需要主管機關許可,私自施放可能會被罰款,如果危害公共安全,更要負刑事責任。天燈可能是世界上最早的熱氣球,因此天燈的缺點,也象徵了熱氣球載人飛行的困境。

首先,空氣能提供的浮力非常小,如果熱氣球要載人,還要載點火用的燃料罐,體積和重量一定非常巨大,也註定它在結構上必須大量採用輕的材料。這些材料相對來說比較脆弱,如果風很大,讓熱氣球撞到樹木或建築物,非常容易損壞。所以台東走馬瀨的載人觀光熱氣球,是以「繫留升空」的方式來營運,也就是用纜繩綁住熱氣球,不讓它隨風飄走。

另外,熱氣球靠加熱空氣產生浮力,往往會以瓦斯燃料作為火源,這也產生危險性。埃及的熱氣球意外,就很可能是瓦斯外洩,爆炸起火所造成的。

經過這樣歸納,在台灣,天燈是最危險的,因為它無人控制,隨風亂飄,而且又有火源,只要燒破一個洞,就會墜落下來,容易造成火災,所以需要嚴格管制。熱氣球相對來說安全一些,但還是有風險,因此要比照航空器的法令規範,由合格的駕駛員來操縱,以策安全。

今天的科學關鍵字,就是

熱氣球 Hot air balloon

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【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-03-10 16:55:00播出
 
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浮力(10)熱氣球(4)
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