Balon Udara Panas

Balon udara panas dapat terangkat  berdasarkan prinsip ilmiah dasar, udara yang lebih panas akan menaik di atas udara yang lebih dingin. Sederhananya, udara panas lebih ringan dari udara dingin karena masa udara perunit volumenya lebih sedikit. Satu kubik kaki udara yang dipanaskan dapat mengangkat 7 gram benda, tdak banyak memang, karena itulah balon udara yang dipanaskan berukuran sangat besar. Untuk mengangkat 450 kg beban dibutuhkan 65 000 kubik kaki udara panas.

 

Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gravitasi ke bawah. Tapi tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan gravitasi. Kumpulan udara membangun keseimbangan gaya gravitasi, dimana pada titik ini gravitasi tidak cukup kuat untuk menarik ke bawah sejumlah besar partikel.
Tingkat tekanan ini adalah  tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban diudara diatasnya, jika lebih berat berarti lebih besar gaya gravitasi ke bawah. Ketika Anda bergerak ke atas  atmosfer lebih tinggi lagi , massa udara semakin kurang, dan sehingga menyeimbangkan tekanan berkurang. Inilah sebabnya mengapa terjadi penurunan tekanan udara semakin naiknya ketinggian.
Perbedaan tekanan udara menyebabkan gaya apung ke atas di udara di sekitar kita. Pada dasarnya, tekanan udara di bawah benda lebih besar daripada diatasnya, sehingga mendorong udara keatas lebih besar dibanding  ke bawah. Tapi gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gravitasi, hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. Jelas, sebagian besar benda padat apa pun akan menjadi lebih berat daripada udara yang dipindahkan, sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali. Gaya apung hanya dapat memindahkan hal-hal yang lebih ringan daripada udara di sekitar mereka.

Untuk membuat benda mengapung di udara, maka  harus lebih ringan daripada volume yang sama udara di sekitarnya, yaitu dengan mengisi balon dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya. Karena udara dalam balon memiliki kurang massa per unit volume daripada udara di atmosfer yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon ke atas. Tetapi sekali lagi, lebih sedikit partikel per volume udara artinya tekanan udara lebih rendah, sehingga tekanan udara sekitar akan menekan balon udara sampai kepadatan di dalamnya sama dengan kepadatan udara di luar.

Ada lebih sedikit partikel udara per satuan volume di dalam balon, tetapi karena partikel-partikel tersebut bergerak lebih cepat, dalam dan luar tekanan udara yang sama.

Dengan asumsi bahwa udara di balon dan udara di luar balon ada di bawah kondisi yang persis sama. Maka, jika kita mengubah kondisi udara di dalam balon, kita dapat mengurangi kepadatan, sekaligus menjaga tekanan udara yang sama. Kekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering berbenturan  dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing tabrakan. Kita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara:
• Meningkatkan jumlah partikel udara sehingga ada sejumlah besar partikel berdampak atas luas permukaan tertentu.
• Meningkatkan kecepatan partikel sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar.

Jadi, untuk menurunkan kerapatan udara dalam balon tanpa kehilangan tekanan udara, Anda hanya perlu meningkatkan kecepatan partikel udara. Anda dapat melakukannya dengan mudah dengan pemanasan udara. Partikel udara menyerap energi panas dan menjadi lebih bereaksi. Hal ini membuat mereka bergerak lebih cepat, yang berarti mereka bertabrakan dengan permukaan lebih sering, dan dengan kekuatan yang lebih besar.

Udara panas memberi tekanan udara yang lebih besar  per partikel daripada udara dingin. Jadi naiknya balon udara ke atas adalah  karena balon tersebut dipenuhi dengan panas, udara menjadi kurang padat dan dikelilingi oleh udara lebih
dingin namun  lebih padat. (*)