Реферат до предмету Фізика, 8 клас
Тема «Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Гідростатичне зважування. Умови плавання тіл.»

Світанок повітроплавання
Початок повітроплавання у Європі

Рис.4 Брати Монгольф´є

Безперечно можна констатувати факт підняття у повітря за допомогою нагрітого повітря здійснений братами Монгольф’є у Франції. Їх батько був енергійним і діловим фабрикантом, займаючись виготовленням паперу. Він цікавився науковими досягненнями, що й передалось його дітям - Жозефу (1740-1810) та Жаку (1745-1799). 1782 року брати провели перші досліди, що привели до побудови повітряної кулі. Вони наповнювали паперові оболонки воднем, але він досить швидко проникав крізь папір і ці досліди досить швидко завершились. Спостерігаючи за рухом хмар диму та пари, брати Могольф’є  прийшли до висновку, що куля з паперу наповнена ними має підійматись вгору. 1752 року досліди Бенджаміна Франклінадовели існування атмосферної електрики, і з того часу виникла думка, що легкість хмар диму та пари ґрунтується на їх електризації. Отже завдання полягало в тому, щоб отримати наелектризований дим і зібрати в паперову оболонку. Перший дослід провели з кулею  об’ємом 1 м3,  заповнивши димом від спалювання соломи та вовни. Вовна, як відомо, використовувалась при проведенні дослідів з електризацією тіл. Куля піднялась на невелику висоту. Брати Монгольф’є вважали, що успіх  експерименту слідував з використання саме “наелектризованого” диму, а не розжареного газу з меншою ніж  оточуюче повітря густиною.

Рис.5 Жак Шарль

Після попередніх дослідів наступнім літом дослідники провели у рідному місті публічне представлення експерименту з великою кулею. Куля  майже правильної геометричної форми з отвором внизу, виготовлена з паперу та льняної тканини, мала 10,5 м в діаметрі і об’єм 600 м3. Маса  кулі досягала 225 кілограм. Її наповнили димом за 15 хвилин, після чого вона піднялась на висоту 600 метрів і впала вниз через 15-20 хвилин за два кілометри від міста підйому. Новина про експеримент швидко поширилась і привернула увагу Паризької академії наук. В Парижі досить швидко була зібрана сума в 10 000  франків для повторення цього досліду. За конструювання кулі взялися два брати Роберт під керівництвом відомого по тим часам професора Шарля. Шарль досить швидко зрозумів дійсну причину підняття кулі і вирішив замінити гаряче повітря воднем. Непередбачене ускладнення полягало в тому, що добути водень у великій кількості до цього ще нікому не вдавалось. Використавши ємності з  сірчаною кислотою і підсипаючи в них залізні ошурки, Шарлю вдалось заповнити кулю виготовлену з тонкого шовку, вкритого шаром лаку, діаметром 3,5 м і об’ємом 25 м3.

Рис.6 Підйом Розье та Арланда на монгольф´єрі 21 листопада 1783 р. у Парижі

Підйом кулі відбувся 27 серпня 1783 року на Марсовому полі при великій кількості спостерігачів. За дві хвилини куля досягла висоти 1000 м і зникла у хмарах. За 45 хв. вона впала на відстані 24 км від місця старту, викликавши переполох у місцевих жителів. Оскільки від неї тхнуло неочищеним воднем, то їй приписали диявольське походження. З моменту перших дослідів, кулі наповнені гарячим повітрям називають монгольф’єрами, а наповнені воднем - шарльєрами. Незабаром, по запрошенню короля, брати Могольф’є провели експеримент у Версалі. На очах короля, аристократів та відомих громадян міста куля, наповнена димом від палаючої суміші вовни та дерев’яних стружок, підняла у повітря перших пасажирів - вівцю, півня і качку. Куля піднялась на висоту 1500 м і за 8 хвилин неушкоджена спустилась на землю. Глядачі були в захопленні, Монгольф’є стали героями дня і Шарль, не дивлячись на більш вигідне використання водню для заповнення кулі, був на деякий термін забутий. Брати Монгольф’є вирішили наступнім кроком здійснити пілотований політ, але зважаючи на небезпечність такого кроку, звернулись до короля Людовика ХVI з проханням дозволити  двом злочинцям засудженим на смерть прийняти участь в експерименті. Король дав згоду,  але молодий дослідник Пілатр де Розье виголосив протест проти того, що злочинцям буде надана честь здійснити першу повітряну мандрівку, і вмовив короля дозволити йому та його товаришу маркізу д’Арланду прийняти участь у підйомі. Спочатку Розье піднявся, в якості експерименту, на прив’язаній кулі на висоту 20 м, потім висоту збільшували, аж поки не досягли планки 1000 м. 21 листопада 1783 року в булонському лісі відбулось перше підняття незакріпленої кулі з два людьми - Пілатром де Розье і маркізом д’Арландом. Куля діаметром 18 м мала об’єм 3000 м3. Вона була дуже гарно оздоблена, оскільки ще й виконувала рекламну  місію для шпалер фабрики Монгольф’є. Пілоти сиділи у гондолі, закріпленій в основі кулі. Вони взяли з собою достатній запас стружки та вовни з допомогою чого підтримували вогонь біля отвору кулі. Куля здійнялась на висоту 150 м і вітром була знесена на 8 кілометрів в південну частину Парижу. За півгодини полум’я було залите водою і куля неушкоджена опустилась на землю. Згодом, 1 грудня цього ж року політ на кулі, наповненій воднем, здійснили Шарль та Роберт.

Рис. 7 Перший підйом Шарля та Робера на шарльєрі 1 грудня 1783 р. в Тюльєрійському саду у Парижі

Об’єм їх кулі був всього 500 м3. Куля  була більш досконала, оскільки мала клапан для випуску газу який можна було відкрити за допомогою мотузки. Куля також обладнувалась сіткою, яка охоплювала всю її верхню частину, рівномірно розподіляючи навантаження по поверхні. Підйом було здійснено з саду в Тюльєрі. Шарль захопив з собою термометр та барометр для вимірювання тиску та температури на різних висотах. Куля злетіла на висоту біля 600 м і пролетіла біля 40 км. При спуску Шарль вийшов з гондоли першим і, завдяки зменшенню  навантаження, куля піднялась знову вгору. Саме перед приземленням сонце сховалось за лінію горизонту і Роберт, піднявшись другий раз на кулі, побачив сонце ще раз. За другим разом куля злетіла на висоту біля 3000 м, перевищивши досягнення монгольф’єрів у кілька разів.

Побудова повітряних куль продовжувалась. За кілька тижнів в Ліоні була побудована куля об’ємом 14 000 м3. Це був монгольф’єр. На ньому одночасно піднялось у повітря сім чоловік, в тому числі - Пілатр де Розье та старший Монгольф’е. Куля досягнула максимальної висоти 800 м. З того часу повітроплавання перетворилось на ремесло. З’явилось багато повітроплавців-професіоналів, які використовували польоти, фактично, з метою створити шоу для глядачів. Одним з цікавих прикладів є політ Тесту-Бріссі на кулі, перебуваючи верхи на коні.

Проте повітроплавання рухалось і у напрямку вдосконалення апаратів для здійснення далеких подорожей. 1785 року французом Бланшаром та американцем Жефрисом був здійснений переліт з Англії через протоку у Францію на кулі-шарльєрі. Обидва дослідники мріяли про використання крил та коліс для керування повітряною кулею, а також робили спроби керувати підйомом та спуском. Бланшар використав також для безпеки польоту особливої конструкції парашут, розміщений між кулею та гондолою. Куля споряджена баластом піднялась у Дуврі і незабаром північно-західним вітром була знесена у море у напрямку до Кале. Одразу після підняття з’ясувалось, що наповнення кулі недостатнє, через що довелось викинути велику кількість баласту. Незважаючи на це, куля  почала спуск, пройшовши лише третину шляху над протокою. Тоді, щоб не впасти в море, довелось викинути весь баласт, прилади, важкий одяг, якір і весла. Куля продовжувала падати. Залишався лише один вихід - скинути гондолу. Мандрівники вже приготувались лізти на сітку, як куля почала поступово підніматись. Незабаром вони побачили  землю і місто Кале, а через деякий час приземлились у лісі.

Пройшло біля півроку, як Пілатр Розье намірився здійснити зворотну подорож на кулі власної конструкції, яка являла собою дуже небезпечне поєднання монгольф’єра та шарльера. Під кулею, наповненою воднем, розміщено було циліндр, повітря в якому розріджувалось полум’ям. Не дивлячись на всі перестороги з боку його товариша Шарля, Розье зважився на мандрівку. Незабаром після зльоту, клапан кулі-шарльєру зірвало, стався викид газу, і вибух. Таким чином Пілатр де Розье став не тільки першим повітроплавцем, а й першою жертвою повітроплавання.

З найбільш відомих піонерів-повітроплавців  слід відзначити Бланшара та його жінку, Гарнеріна і його племінницю  Елізу, Робертсона, Коксвелля, Шарля, який здійснив понад 1600  підйомів та його сина Жоржа, Годара, який очолював польоти під час облоги Парижа у 1870 р., братів Тіссандьє, Кроче-Спінеллі та Сівеля, та Глішера, який розпочав еру висотних польотів. Особлива заслуга належить Шарлю Гріну, який застосував для наповнення повітряних куль світильний газ, що використовувався тоді досить широко для освітлення вулиць та приміщень. Густина світильного газу в 2,5 рази менша за густину повітря, він важчий за водень, але для наповнення кулі, достатньо було з’єднати її рукавом з газопроводом міста.

Рис. 8 Повітряна куля Бланшара

Продовжуючи розповідь про  Гріна, варто згадати його  політ з  Лондона з двома пасажирами у 1836 році. Кулю понесло у вечірніх  сутінках в напрямку моря. Вночі вони носились над морем, а згодом побачили вогні Кале. Але замість приземлення їх понесло далі над Бельгією і Рейнською провінцією. На світанку вони опинились поблизу Вейбурга в Нассау, пролетівши за 19 годин 670 кілометрів.

Величезна куля, об’ємом 6000 м3, була збудована для дальніх мандрівок в Парижі у 60-х роках ХІХ ст. Замість звичайної гондоли куля утримувала двоповерховий будиночок, виготовлений з іспанського очерету. Будинок містив все необхідне для кількох персон, а також наукове обладнання. Після першого підйому куля дуже швидко опустилась. Другий підйом розпочався краще, але скінчився надто погано. Керував польотом Годар, крім нього летіло ще вісім осіб, в тому числі Надар з дружиною. На ранок мандрівники планували знаходитись над Нідерландами, але враховуючи небезпеку залетіти у море, вирішили спуститись на землю. Проте клапан відкрився недостатньо, і куля опускалась досить повільно, зберігаючи велику підіймальну силу. Після торкання землі, куля здіймалась вгору, підхоплена вітром, здійснюючи стрибки по полям, кущам і канавам. Надар ризикнув піднятись по сітці і відчинив клапан кулі. Куля зачепилась за дерева поблизу німецького міста Везера. Всі пасажири отримали значні ушкодження. Як видно з цього прикладу, польоти на повітряних кулях були досить небезпечною справою і тому розробка засобів  безпеки при спуску була необхідною.

Надіслано главою ассоціації вчителів фізики «Шлях освіти-ХХI» Чернецьким І.С.